振荡水柱装置波浪水槽试验中用于模拟非线性能量俘获系统的孔口特性

• 来源期刊: 浙江大学学报（英文版）（A辑：应用物理和工程）
• 学科: 地球科学
• 关键词: 波能提取 振荡水柱 孔口特性 二次损耗系数 收缩系数 水动力效率
• 年，卷（期）: 2017,（5）
• 页码范围: 329-345
• 页数: 17页
• 分类号: P743.2
• 语种: 英文
• DOI: 10.1631/jzus.A1600769

摘要

目的:在振荡水柱装置研究中,通常通过不同的孔口几何特征来改变能量俘获系统的特性,但其具体流动特性却鲜有报道.本文探讨孔口几何特征(形状、尺寸和开孔率等)对流动特性的影响机制,理解影响能量俘获系统特性的关键因素,研究其对振荡水柱装置水动力特性和波能提取的影响规律,并评估波能提取性能指标的有效性.创新点:1.提出了两点测量法来重构振荡水柱腔室内液面;2.建立了孔口流动特性与孔口几何特征的关系式;3.提出了仅测量腔室内气压即可获得波能提取功率的方法;4.该方法可扩展至非二维矩形腔室及斜向波.方法:1.采用不同尺寸狭缝孔和圆形孔来模拟非线性能量俘获系统;2.通过一系列波浪水槽试验,对振荡水柱装置的水动力特性及波能的提取展开研究;3.采用二次损耗系数和收缩系数来描述孔口往复流动特性,并构建其与孔口几何特征的关系;4.通过两点测量法获取振荡水柱腔室内的准确信息;5.评估压力波动系数和液面放大系数作为振荡水柱装置波能提取性能指标的有效性.结论:1.两点测量法能够重建二维矩形振荡水柱腔室内液面的瞬时空间分布,消除了单点法的测量偏差;2.孔口相对厚度及振荡气流对可被视为薄壁的圆形孔的影响可以忽略不计,但对不能视为薄壁的狭缝孔的影响显著;3.本文提出的二次损耗系数经验公式可用于(1)通过孔口几何尺寸设计其流动特性和(2)通过仅测量腔室内气压来计算波能提取功率;4.用作振荡水柱装置的波能提取性能指标时,压力波动系数比液面放大系数更为可靠.