惯性海浪能量转换器（ISWEC）技术：装置物理、多相建模与模拟
流体动力学
2021-05-28 v1 计算物理
摘要
本文利用全分辨率计算流体动力学（CFD）模拟研究惯性海浪能量转换器（ISWEC）装置的动力学。该装置最初由都灵理工大学原型化，由一个漂浮的船形 hull 组成，通过松弛系泊固定于海床。内部有一个陀螺式动力输出（PTO）单元，将波浪引起的 hull 纵摇运动转换为电能。CFD 模型基于不可压缩 Navier-Stokes 方程，并利用虚拟域 Brinkman 惩罚技术将装置物理与水波动力学耦合。使用数值波浪水池来模拟真实海洋运行条件。进行了弗劳德缩放分析，以实现缩比（1:20）ISWEC 模型的二维和三维模拟。结果表明，缩比二维模型足以准确模拟 hull 的纵摇运动并预测转换器的发电能力。对 ISWEC 进行了系统的参数研究，并根据 hull 和陀螺控制参数确定了其在发电方面的最优性能。结果表明，当基于无功控制理论选择陀螺参数时，装置达到峰值性能。研究表明，需要对 PTO 控制转矩进行比例控制以产生连续的陀螺进动效应，否则装置不产生功率。在惯性参考系中，研究表明作用于 hull 的偏航和纵摇转矩量级相同，这为 ISWEC 技术的未来设计研究提供了参考。此外，从水波到 hull、hull 到陀螺、陀螺到 PTO 单元的能量传递路径得到了解析描述和数值验证。
引用
@article{arxiv.2005.06108,
title = {The inertial sea wave energy converter (ISWEC) technology: device-physics, multiphase modeling and simulations},
author = {Kaustubh Khedkar and Nishant Nangia and Ramakrishnan Thirumalaisamy and Amneet Pal Singh Bhalla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.06108},
year = {2021}
}
备注
Figures are compressed to comply with arXiv size requirements