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小型固定多腔OWC裝置的實驗研究gydF4y2Ba

bwin900手机版體積gydF4y2Ba34gydF4y2Ba，文章編號:gydF4y2Ba124gydF4y2Ba（gydF4y2Ba2021gydF4y2Ba）gydF4y2Ba引用本文gydF4y2Ba

摘要gydF4y2Ba

海浪能量發生器或轉換器(WECs)有潛力成為清潔、可再生能源生產的可行技術。振蕩水柱(owc)是目前研究最多的WEC裝置。這些已經被研究和開發了很多年。多室振蕩水柱(MC-OWC)在混合海態提取能量時比單室裝置具有更高的能量轉換潛力。在本文報道的工作中，在規則波浪條件下進行了物理實驗，以測試固定MC-OWC小尺度模型的波能提取。用孔板模擬了器件的功率輸出。通過這些孔的流量特性是預先校準的，因此隻能通過壓力測量獲得提取功率。討論了波動條件對器件功率提取PTO阻尼的影響。測試結果表明，PTO係統阻尼是影響器件性能的關鍵因素。gydF4y2Ba

簡介gydF4y2Ba

可再生能源在減少空氣汙染，特別是二氧化碳汙染方麵具有根本作用gydF4y2Ba2gydF4y2Ba排放。太陽能、風能和海洋能正被利用為未來的零排放能源[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba］．在所有可再生能源中，海洋資源有潛力成為清潔能源市場的主要貢獻者，因為世界各地的能源密度很大[gydF4y2Ba2gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba4gydF4y2Ba］．盡管海洋能源豐富，但它仍然是最不發達的可再生能源部門，特別是與風能或太陽能相比。這是由於技術挑戰，即發展技術以最低的成本和最小的環境影響產生最佳的能源。此外，政策和監管挑戰以及投資挑戰[gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba］．最近，人們對利用海浪中的能量發電越來越感興趣。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba9gydF4y2Ba］．人們提出了各種各樣的波浪能量轉換器(WECs)，並在不同的條件下進行了測試[gydF4y2Ba10gydF4y2Ba］．這導致了幾個成功演示的原型設備已連接到商業電網[gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba］．大多數設備仍處於開發的初始階段。振蕩水柱(包括固定結構或浮動的水柱)是利用海浪所含動能發電的最有效方法之一[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba］．關於多室OWC (MCgydF4y2Ba-gydF4y2BaOWC)設備的概念和性能[gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba］．然而，OWC可能是海上部署最多的WEC類型。Mutriku是早期波浪農場之一，有14個owc [gydF4y2Ba17gydF4y2Ba］．根據Falcão等。[gydF4y2Ba18gydF4y2Ba和Nachtane等人。[gydF4y2Ba19gydF4y2Ba]，大多數OWC研究都集中在獨立設備上，即隻有一個腔室，有海岸線或近岸。這些器件的最佳性能通常在腔室諧振周期[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba］．在波能轉換器的設計和開發過程中，實驗波槽測試和數值模擬是最常用和最有效的方法[gydF4y2Ba22gydF4y2Ba］．通過理論、數值和實驗研究，已經對OWC器件進行了廣泛的研究。應該注意的是，物理測試是昂貴的，在達到最終模型設計之前可能需要多次試驗[gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]，但在可控的理想環境條件下，用小尺度模型進行波槽實驗是波能變換器發展的重要一步。gydF4y2Ba

澳大利亞擁有巨大的波浪能資源，是世界上最大的波浪能資源之一。gydF4y2Ba25gydF4y2Ba］．到2020年，海浪能可能為澳大利亞提供約10%的可再生能源[gydF4y2Ba26gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba28gydF4y2Ba］．最近，新南威爾士州政府升級了許多港口和碼頭。這些地點將是部署WECs的好地方。為了解決這個問題，悉尼科技大學建造了一個四室小型OWC原型。gydF4y2Ba

這個擬議的裝置計劃成為新港口和碼頭結構的一部分。這個模型的設計是經過數年研究和開發的結果[gydF4y2Ba29gydF4y2Ba］．第一個設計於2003年在格拉斯哥大學建造並測試，它是三腔OWC裝置[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba］．驗證了模型的概念，建立了描述裝置水動力性能的數學模型。2012年，Hsieh等人。gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]構建並研究了壁掛式OWC小尺度模型。它有兩個腔室，每個腔室都有一個薩伏紐斯渦輪，它們機械連接在一起。幾年後，在常規波動條件下的波動槽中測試了使用四腔OWC的不同布置[gydF4y2Ba33gydF4y2Ba］．參考文獻中討論了該原型的進一步開發階段。[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

雖然前任司儀gydF4y2Ba-gydF4y2BaOWC研究提供了設備運行的洞察力，PTO阻尼對氣流速率、氣壓、內腔水麵高程和設備捕獲寬度比在變化的波浪條件下的影響尚未完全解決。本文報道的工作通過調查以往研究的遺漏，並解釋波周期、波高、PTO阻尼對MC的影響，發展了現有的知識gydF4y2Ba-gydF4y2Ba使用實驗方法進行OWC操作。gydF4y2Ba

實驗gydF4y2Ba

實驗設置和測試條件gydF4y2Ba

研究利用了新南威爾士州的曼利水力實驗室(MHL)波浪罐，如圖所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．它的長度是30×10gydF4y2Ba3.gydF4y2BaMm，寬度為1000mm，尺寸為1.8 × 10gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba毫米深度。罐體測試區長約0.7米，距造波槳15米。襟翼式造波器使用位於水箱左端的電動執行器。造波器可以產生不規則波，也可以產生規則波。在0.75 ~ 3.0 s的波動周期內，波高最大值為0.35 m，波深最大值為1.3 m。在水箱的右邊有一個海灘，它吸收海浪的能量，使波的反射降到最低。它是由幾層海綿和空心磚組成的。gydF4y2Ba

圖1gydF4y2Ba
圖1gydF4y2Ba

實驗裝置的正麵和俯視圖(未按比例繪製)gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

在本研究中，198次試驗在規則波浪條件下進行，涉及11個波浪周期，步長為0.1 s，兩個波高，三個孔板直徑和三個吃水值。表中列出了所有測試條件的摘要gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．水深gydF4y2BahgydF4y2Ba設置為800毫米。在設定的條件下，波浪的陡度範圍在0.010和0.032之間。所有儀表的測量時間超過50秒。gydF4y2Ba

表1試驗條件gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

數字gydF4y2Ba1gydF4y2Ba展示了實驗的布置，並舉例說明了數據采集測量的位置。從波槳到MC的距離gydF4y2Ba-gydF4y2BaOWC是15gydF4y2Ba×gydF4y2Ba10gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba毫米。這比兩個波長[gydF4y2Ba34gydF4y2Ba］．這確保了MCgydF4y2Ba-gydF4y2BaOWC的經驗充分開發了所有波頻率的波。gydF4y2Ba

MC-OWC幾何gydF4y2Ba

模型的縮放是用弗勞德相似定律完成的gydF4y2BaλgydF4y2Ba= 1:16比例因子。這意味著800毫米的水深代表12gydF4y2Ba．gydF4y2Ba8gydF4y2Ba×gydF4y2Ba10gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba毫米尺寸的深度，刻度長度為3gydF4y2Ba×gydF4y2Ba10gydF4y2Ba3.gydF4y2BaMm為模型，表示48gydF4y2Ba×gydF4y2Ba10gydF4y2Ba3.gydF4y2BaMm為設備全尺寸長度。模型尺寸如圖所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba；它是用膠水從10毫米有機玻璃片製作的。有機玻璃室的尺寸如圖所示gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

圖2gydF4y2Ba
圖2gydF4y2Ba

owc設備的形狀和尺寸gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

入射波通過兩塊鍍鋅三角形鋼板分散在裝置上。這些減少了波的反射。它們被固定在Ch-1(第一腔)和Ch-4(最後腔)上，如圖所示gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(一);它還說明該裝置是坦克側壁上的側裝裝置。這是由三個水平的矩形部分完成的，用夾子固定在罐的側壁上，如圖所示gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(b)每個部分有兩個杆螺紋調整，以保持模型的直線和可取的值。如圖所示gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(c).采用位於腔室頂部的圓形孔模擬動力起飛係統，如圖所示gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(d)。gydF4y2Ba

圖3gydF4y2Ba
圖3gydF4y2Ba

波浪水槽視圖及波浪水槽物理模型gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

儀器和測量gydF4y2Ba

波高測量gydF4y2Ba

箱體長度(gydF4y2Ba信用證gydF4y2Ba)到最短波長(gydF4y2BalgydF4y2Ba)為0.24，應能消除晃動模式(gydF4y2BaLc = LgydF4y2Ba) [gydF4y2Ba35gydF4y2Ba］．每個腔室都有一個位於中心的波計，用來測量水自由表麵的振蕩gydF4y2BaηgydF4y2Ba（gydF4y2BaLc =gydF4y2Ba2，gydF4y2Bab =gydF4y2Ba2) (G1-G4: c係列核心傳感器，CS)如圖所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．這些儀表有一個直徑5毫米的磁浮子液位變送器，行程長度25毫米。從這些感應電壓進行1500赫茲(周期0.6毫秒)數字化。gydF4y2BaηgydF4y2Ba是通過關係獲得的嗎gydF4y2BaηgydF4y2Ba＝gydF4y2Baδ × vgydF4y2Ba（gydF4y2BatgydF4y2Ba),gydF4y2BaδgydF4y2Ba是由波計靜態校準設定的。額外的兩波計(gydF4y2Ba杜鬆子酒gydF4y2Ba，gydF4y2Ba痛風gydF4y2Ba(型號:g係列)分別放置在距設備前後麵300 mm處，測量入射波高和透射波高。所有的波計在每次測試開始時都按照製造商的說明進行手動校準。gydF4y2Ba

壓力測量gydF4y2Ba

空氣壓差(室內空氣壓差，gydF4y2BapgydF4y2BacgydF4y2Ba，以及大氣壓力，gydF4y2BapgydF4y2Ba自動取款機gydF4y2BaOWC腔內的波動是估計OWC器件性能最重要的參數。腔內的壓力通常在單點測量[gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba］．單差壓變送器(PgydF4y2Ba1gydF4y2Ba- pgydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，(型號:616-20B，精度±0.25%滿量程(F.S)，範圍±10英寸水柱(in.w.c))用於艙壓差(∆gydF4y2BapgydF4y2Ba)測量，如圖所示gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．所有壓力變送器在測試前都使用Fluke 717係列壓力校準器進行校準。數字gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba(d)說明它們位於每個室中矩形截麵上邊緣10毫米處。gydF4y2Ba

校正孔板gydF4y2Ba

本研究中的PTO係統是用激光切割機製造的孔板來代表的。這模擬了一個脈衝渦輪。孔板為圓形，屬於薄壁開口孔板(孔板厚度與孔板直徑之比小於0.5，見參考文獻)。［gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba])。孔口直徑在0的範圍內gydF4y2Ba．gydF4y2Ba1gydF4y2Ba< β 0gydF4y2Ba．gydF4y2Ba75年(gydF4y2BaβgydF4y2Ba＝gydF4y2BaDgydF4y2Ba孔板gydF4y2Ba/gydF4y2BaDgydF4y2Ba管gydF4y2Ba)按照國際標準組織iso5167 -2的建議[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］．使用Testo 480室內空氣質素測量套件對每個孔板進行實驗校正，以確定其放電係數(gydF4y2BaCgydF4y2BadgydF4y2Ba)按照iso5167 -2標準。在此校準中使用的儀器如圖所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．這顯示兩個壓力龍頭的距離通常為gydF4y2BaDgydF4y2Ba管gydF4y2Ba和0gydF4y2Ba．gydF4y2Ba5gydF4y2BaDgydF4y2Ba管gydF4y2Ba（gydF4y2BaDgydF4y2Ba管gydF4y2Ba為管道的內徑= 150 mm)，分別為孔板的上遊和下遊[gydF4y2Ba40gydF4y2Ba］．這兩個水龍頭與Dwyer 477AV-0手持式數字壓力計相連，以測量壓差(gydF4y2BapgydF4y2Ba2gydF4y2Ba−gydF4y2BapgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．該裝置包括一個蝶閥，可用於調節氣流速率(gydF4y2Ba問gydF4y2Ba)．校準過程中測得的大氣壓力和溫度分別為94 kPa和22℃。幹燥空氣密度，gydF4y2BaρgydF4y2Ba空氣gydF4y2Ba，在此溫度下取1.2 kg/mgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．通過改變氣流速率進行校準，測量了一係列穿過孔板的壓降。的孔gydF4y2Ba問gydF4y2Ba流速(m)gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba/s)可以從標準孔板理論中使用Eq. (gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

$ $ Q = C_ {d}現代{2}\√6{\壓裂{{2 \左|{\δp} \右|}}{{\ rho_{空氣}}}},$ $gydF4y2Ba
(1）gydF4y2Ba

孔口的開口麵積在哪裏gydF4y2Ba一個gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，壓差為gydF4y2Ba∆pgydF4y2Ba．在已知壓力和氣流速率下，式(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)用於測定gydF4y2BaCgydF4y2BadgydF4y2Ba，這是估計的gydF4y2BaCgydF4y2BadgydF4y2Ba= 0.597。gydF4y2Ba

圖4gydF4y2Ba
圖4gydF4y2Ba

孔板校準試驗台gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

數據記錄與分析gydF4y2Ba

數據采集係統(I/O)用於以10hz的采樣率從傳感器收集原始數據。為了防止波片反射，數據采集窗口周期設置為50秒。壓力變送器和波計數據是使用數據采集係統記錄的原始數據，並使用校準係數轉換為可用的測量值。波能(gydF4y2BaPgydF4y2Ba在gydF4y2Ba)每單位寬度的波傳播(波能量通量)可由式(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba) [gydF4y2Ba41gydF4y2Ba]：gydF4y2Ba

$ $ P_{} = \壓裂{{\ρgH ^ {2} L}} {16 t} \離開({1 + \壓裂{2 kh} {{\ sinh \離開({2 kh} \右)}}}\右),$ $gydF4y2Ba
（2）gydF4y2Ba

在哪裏gydF4y2BaρgydF4y2Ba是流體密度，gydF4y2BaggydF4y2Ba重力加速度是9gydF4y2Ba．gydF4y2Ba8gydF4y2Ba×gydF4y2Ba10gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba毫米/秒gydF4y2Ba2gydF4y2Ba，gydF4y2BalgydF4y2Ba是波長，gydF4y2BaTgydF4y2Ba波的周期,gydF4y2BahgydF4y2Ba水深(gydF4y2BahgydF4y2Ba=0.7米)，和gydF4y2BakgydF4y2Ba是波數(gydF4y2BakgydF4y2Ba= 2π/ L)。gydF4y2Ba

結果與討論gydF4y2Ba

常規波浪試驗gydF4y2Ba

實驗工作的主要目的是評估來自PTO的入射波高、波周期和阻尼對控製MC的參數的影響gydF4y2Ba-gydF4y2Ba油水界麵性能。這些是氣動動力gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba，氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba，室水麵標高gydF4y2BaηgydF4y2Ba、壓差gydF4y2Ba∆pgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

影響裝置性能的關鍵參數之一是裝置吃水。詳情見參考文獻[gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba］．這個參數可以使設備適應一定範圍的波動條件，從而提高模型的性能。gydF4y2Ba

這些參數的時間序列測量示例如圖所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba．在分析的背景下，時間平均提取氣動功率(gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba)和水動力效率(或捕獲寬度比gydF4y2Ba；εgydF4y2Ba)由等式計算。（gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba)及(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba),分別。gydF4y2Ba

$ $ \眉題{{P_ {n}}} = \壓裂{1}{T} \ mathop \ int \ limits_ {0} ^ {T} \,問左(T \) \ \乘以δ}{\ p {rm \ d {}} T, $ $gydF4y2Ba
（3）gydF4y2Ba
$ $ \ varepsilon = \壓裂{{\眉題{P} _ {n}}} {{b \乘以P_{在}}}。$ $gydF4y2Ba
（4）gydF4y2Ba
圖5gydF4y2Ba
圖5gydF4y2Ba

的時間序列數據樣本(gydF4y2Ba一個gydF4y2Ba)水麵高度gydF4y2BaηgydF4y2Ba, (gydF4y2BabgydF4y2Ba)通過孔口的氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba, (gydF4y2BacgydF4y2Ba)壓差∆gydF4y2BapgydF4y2Ba, (gydF4y2BadgydF4y2Ba)氣動功率gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba在每個腔室為一個波動條件gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 100毫米,gydF4y2BaTgydF4y2Ba=1.5秒，吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米和孔gydF4y2BaDgydF4y2Ba= 60毫米gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

通過PTO的氣流速率用式(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．本試驗中用於引入不同阻尼因子的三種不同孔板通過孔板開度比(gydF4y2BaRgydF4y2Ba我gydF4y2Ba)，定義為孔口的開口麵積(gydF4y2Ba一個gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)除以OWC室的截麵積(gydF4y2Ba一個gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)，如表所列gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

表2孔口直徑和開度比gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

波高和周期效應gydF4y2Ba

兩種不同浪高的結果gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50和100毫米在波周期範圍內gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.0-2.0 s(見表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．這是一個孔口開度比gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba=1.35%gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米。波浪周期和波浪高度對水麵高程的影響gydF4y2BaηgydF4y2Ba，氣流速率(gydF4y2Ba問gydF4y2Ba)，即氣動功率gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba還有氣壓差gydF4y2Ba∆pgydF4y2Ba如圖所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．可以看出，在四個腔室中，第一腔室的性能最高。相反，在第四腔內，性能逐漸下降。gydF4y2Ba

圖6gydF4y2Ba
圖6gydF4y2Ba

浪高對水麵高程的影響gydF4y2BaηgydF4y2Ba(第一排)，氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba(第二排)，壓差∆gydF4y2BapgydF4y2Ba(第三排)、氣動gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba(第4排)在恒定孔板開度比下的不同波周期gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%和一張彙票gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

這可以歸因於每個腔室吸收的能量和每個腔室損失的能量，這減少了第四個腔室可吸收的可用能量[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba］．圖中的結果gydF4y2Ba6gydF4y2Ba說明每個性能參數對兩個波高都有相似的趨勢，但增加波高會增加每個測試參數的絕對值。這可能是由於在較大的波高中能量含量的增加。gydF4y2Ba

表中總結了這種影響的一個例子gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，其中平均結果之間的比率顯示在測試的整個周期範圍內(1.0-2.0 s)gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 100毫米及gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米。結果表明，四種腔體對增大波高具有相似的響應。對於每個腔室，眾所周知，改變波周期對器件與入射波的相互作用有顯著影響;它影響不同的能量成分，如反射能、傳輸能和能量損失[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，gydF4y2Ba45gydF4y2Ba］．這反過來又會影響設備的性能。數字gydF4y2Ba7gydF4y2Ba說明了性能參數的時間序列結果的影響。這些是用來計算孔口開度的gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba在恒定波高的情況下gydF4y2BaHgydF4y2Ba0.05米和吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba0.25米。gydF4y2Ba

表3波高從50mm增加到100mm對器件性能參數的影響(以比率表示)gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba
圖7gydF4y2Ba
圖7gydF4y2Ba

時間序列數據樣本:(gydF4y2Ba一個gydF4y2Ba)水麵標高gydF4y2BaηgydF4y2Ba, (gydF4y2BabgydF4y2Ba)氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba, (gydF4y2BacgydF4y2Ba)空氣壓差gydF4y2BapgydF4y2Ba，和(gydF4y2BadgydF4y2Ba)和氣動功率gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba在第一腔中，在恒定的波高下，經過四個不同的波周期gydF4y2BaHgydF4y2Ba=50毫米和開度比gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

OWC設備的整體性能可以通過其捕獲寬度比(gydF4y2BaεgydF4y2Ba)由Eq. (gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)．數字gydF4y2Ba8gydF4y2Ba說明每個腔室的捕捉寬度比(gydF4y2BaεgydF4y2BacgydF4y2Ba)在管委會gydF4y2Ba-gydF4y2Ba受波高影響時的OWC裝置gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米。可以看出，所有腔室(Ch-1到Ch-4)的最大捕獲寬度比在大約時達到gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s波周期，其中Ch-1為0.77,Ch-2為0.54,Ch-3為0.44,Ch-4為0.32。從Ch-1到Ch-4捕獲寬度比的下降伴隨著氣動能量的下降，如圖所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba(第4行)。這假設腔室的入射波能量是恒定的。本研究報告的捕獲寬度比，特別是Ch-1，比實驗中發現的具有對稱垂直平麵的典型單腔OWC器件要大得多;即，前唇和後唇的吃水是相同的[gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba48gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

圖8gydF4y2Ba
圖8gydF4y2Ba

捕捉寬度比(gydF4y2BaεgydF4y2BacgydF4y2Ba)的MC-OWC設備的每個室在恒定的波高gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50 mm，設備吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米和孔口開度比gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

例如，在單腔OWC裝置上使用二維波浪水槽實驗，參考文獻[gydF4y2Ba48gydF4y2Ba]發現最大捕獲寬度比為0.35，低於本研究測試模型的第一腔最大捕獲寬度比[gydF4y2Ba47gydF4y2Ba在3D中測試了海上靜止OWC。這提供了約0.26的最大捕獲寬度比;這甚至低於MC-OWC模型中Ch-4的捕獲寬度比(0.32)。gydF4y2Ba

在研究和開發此類MC-OWC設備的早期階段，參考文獻[gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]測試了一個三腔MC-OWC，報告的最大總捕獲寬度比為1.07，比當前設備的前三個腔的最大值低39% [gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]開發了雙室MC-OWC模型，發現其最大總捕獲寬度比為0.93，比本文測試模型的Ch-1和Ch-2捕獲的值低約29%。這種差異可能與Refs的設置有關。［gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba46gydF4y2Ba裝置安裝在罐體側壁上的實驗;因此，該裝置隻能從裝置的前唇和一側側壁下麵收集入射能量。與本模型更為密切相關的工作是Seabreath，其總捕獲寬度比為0.92 [gydF4y2Ba49gydF4y2Ba］．最近，何等人。gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]提出了一種箱型防波堤，帶有兩個OWC艙。經過測試表明，這提供了約0.36的最大捕獲寬度比。這個值的大部分來自前房(gydF4y2BaεgydF4y2BacgydF4y2Ba= 0.31)，總共約為本文研究的Ch-1模型所捕獲值的一半。gydF4y2Ba

數字gydF4y2Ba9gydF4y2Ba說明了波周期和高度對MC-OWC設備總捕獲寬度比的影響gydF4y2BaεgydF4y2Ba有一個開口比gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%和恒定設備吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba= 0.25 m。結果表明，在最初的增加gydF4y2BaεgydF4y2Ba隨著波周期的增加，直到共振周期達到峰值gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s;然後，隨著波周期的進一步增加，gydF4y2BaεgydF4y2Ba減少了。當gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 0.05 m時，總捕獲寬度比有最大值(gydF4y2BaεgydF4y2Ba)的2.1 atgydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s。在相同諧振周期下，當波高增大時，該峰值降至1.4gydF4y2BaHgydF4y2Ba加倍到0.1米。然而，在整個波周期範圍內，波高從0.05增加到0.1 m對捕獲寬度比的影響不一致，如gydF4y2BaεgydF4y2Ba在長周期測試中改進約1.1-1.3倍(gydF4y2BaT >gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba6).較大的波高對短周期試驗有負麵影響(gydF4y2BaT 1gydF4y2Ba．gydF4y2Ba6)設備性能。這導致gydF4y2BaεgydF4y2Ba減少0.70-0.90倍。gydF4y2Ba

圖9gydF4y2Ba
圖9gydF4y2Ba

波高對總捕獲寬度比的影響(gydF4y2BaεgydF4y2Ba)的MC-OWC設備為不同的波周期在恒定的設備吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米和開口比gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

對於長周期方案，捕獲寬度比的改進可能是由於在這些周期提取的氣動功率顯著增加(見圖中的第4行)gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．因此，隨著波高的增加，能量損失增加，正如Elhanafi等人在單個OWC器件的能量平衡分析中所解釋的那樣。[gydF4y2Ba50gydF4y2Ba］．總的來說，較高的捕獲寬度比如圖所示gydF4y2Ba9gydF4y2Ba．這與以往的研究結果進行了比較，突出了當前MC的有效性和意義gydF4y2Ba-gydF4y2Ba油水界麵設備。gydF4y2Ba

PTO阻尼效應gydF4y2Ba

前幾節討論了使用一個PTO阻尼值進行的測試結果。本節描述PTO阻尼對MC-OWC設備性能的影響。實驗工作進行了三個備選孔板直徑，即PTO阻尼值。孔板壓降gydF4y2BapgydF4y2Ba與氣流速率的平方成正比。這是驗證每個孔使用阻尼係數(gydF4y2BaτgydF4y2Ba)．這個係數gydF4y2BaτgydF4y2Ba，被認為是OWC捕獲寬度比的關鍵控製因素[gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba］．這可以用Eq. (gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

表格gydF4y2Ba4gydF4y2Ba給出了本研究中所使用的阻尼係數值。gydF4y2Ba

表4 PTO阻尼係數(gydF4y2BaτgydF4y2Ba）gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

為了更好地評估PTO阻尼對性能參數的影響(gydF4y2BaηgydF4y2Ba，gydF4y2BapgydF4y2Ba,gydF4y2Ba問gydF4y2Ba),圖gydF4y2Ba10gydF4y2Ba顯示這些測試中考慮的所有阻尼係數在波高處的這些參數的變化gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米。總的來說，很明顯，PTO阻尼對每個腔室的性能參數有相似的影響。數字gydF4y2Ba10gydF4y2Ba(第一行)表示各腔室內部自由麵標高gydF4y2BaηgydF4y2Ba隨阻尼係數增大而減小。例如,gydF4y2BaηgydF4y2BaCh-1從0.035 m下降gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s到僅0.01 m在同一波周期時gydF4y2BaτgydF4y2Ba從260.8公斤增加到1854.6公斤gydF4y2Ba1／2gydF4y2Ba米gydF4y2Ba−7/2gydF4y2Ba．氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba是自由表麵垂直速度的函數嗎gydF4y2BaVgydF4y2BazgydF4y2Ba(給定不可壓縮流動)。這是從自由表麵高程的時間差計算出來的gydF4y2BaηgydF4y2Ba在哪裏gydF4y2BaVgydF4y2BazgydF4y2Ba= dgydF4y2BaηgydF4y2Ba/ dgydF4y2BatgydF4y2Ba．氣流的速度應隨溫度的變化而變化gydF4y2BaηgydF4y2Ba．這種相關性在圖中的結果中得到了說明gydF4y2Ba10gydF4y2Ba(第二行);可以看出gydF4y2Ba問gydF4y2Ba有同樣的趨勢嗎gydF4y2BaηgydF4y2Ba在所有的房間。最大值和最小值分別為0.03和0.005米gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba/s，在Ch-1處gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s。這些與先前研究報告的結果相關[gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，gydF4y2Ba52gydF4y2Ba，gydF4y2Ba53gydF4y2Ba，主要研究單腔OWC器件。然而,圖gydF4y2Ba10gydF4y2Ba(第三行)說明空氣壓差(gydF4y2BapgydF4y2Ba)與氣流速率(gydF4y2Ba問gydF4y2Ba)，以至gydF4y2BapgydF4y2Ba逐漸增加。例如，Ch-1的最小值為20pa，最大值為166pagydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.6 s，阻尼係數增大。氣動動力gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba是兩者的功能嗎gydF4y2BapgydF4y2Ba而且gydF4y2Ba問gydF4y2Ba；結果如圖所示gydF4y2Ba10gydF4y2Ba(第4行)說明某阻尼值為463.7 kggydF4y2Ba1／2gydF4y2Ba米gydF4y2Ba−7/2gydF4y2Ba在哪裏gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba是最大的。最大值從0.8 W (Ch-1)下降到0.4 W (Ch-4)gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.3 s。gydF4y2Ba

$$\tau = \frac{{\sqrt {{\Delta}p}}{Q}.$$gydF4y2Ba
（5）gydF4y2Ba
圖10gydF4y2Ba
圖10gydF4y2Ba

PTO阻尼對水麵高程的影響gydF4y2BaηgydF4y2Ba(第一排)，氣流速率gydF4y2Ba問gydF4y2Ba(第二排)，空氣壓差gydF4y2BapgydF4y2Ba(第三排)、氣動gydF4y2BaPgydF4y2BangydF4y2Ba(第4行)恒定波高(gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米)和設備吃水(gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米)在表中所列的波周期gydF4y2Ba1gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

器件捕獲寬度比取決於渦輪對係統的PTO阻尼和波動條件。為了量化這種影響，請參見圖gydF4y2Ba11gydF4y2Ba說明了三個不同的PTO阻尼值對gydF4y2BaεgydF4y2BaMC-OWC模型在承受兩種不同的波高和恒定的吃水時的gydF4y2BadgydF4y2Ba= 0.25 m。gydF4y2Ba

圖11gydF4y2Ba
圖11gydF4y2Ba

三孔板開度比(PTO阻尼)和兩波高對總捕獲寬度比(gydF4y2BaεgydF4y2Ba)持續吃水gydF4y2BadgydF4y2Ba= 250毫米gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

數字gydF4y2Ba11gydF4y2Ba表明，隨著PTO阻尼的減小，最大捕獲寬度比移至較低的波周期。因此，開戶率從0.32%增加到2.4%。這可能是由於減小腔內的諧振周期和減小PTO阻尼。這與[報道的陸上和海上OWC裝置的數值和實驗結果一致。gydF4y2Ba54gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba56gydF4y2Ba］．gydF4y2Ba

數字gydF4y2Ba11gydF4y2Ba顯示了PTO阻尼的重要性。這可以用來在一定的波周期範圍內使器件的捕獲寬度比最大化。例如，中間PTO阻尼(gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)可以提高在兩個波高下整個波周期範圍內的器件捕獲寬度比，但更大的PTO阻尼(gydF4y2BaRgydF4y2Ba1gydF4y2Ba)對大波期作業，特別是對小波高作業更有利gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米。gydF4y2Ba

結論gydF4y2Ba

本文研究了由四個固定的矩形OWC腔組成的MC-OWC波能轉換裝置。這個設備被認為是MC-OWC設備全麵部署的直接補充。在物理模型上進行了一係列試驗，研究了以下幾個方麵對模型性能的影響:(1)包括周期和波高在內的規則波條件，(2)表示渦輪對OWC運動施加阻尼的PTO阻尼。PTO阻尼由不同的孔(圓開口)直徑建模，每個直徑對應一個阻尼係數。gydF4y2Ba

從討論的結果，可以得出以下幾點。PTO阻尼對係統的影響是對器件性能影響最大的關鍵因素。當PTO阻尼增大時，腔室壓力增大。隨著PTO阻尼的增加，所有入射波周期的自由表麵運動和氣流速率都較低。發現峰值捕獲寬度比發生的波周期隨著PTO阻尼的減小而減小。此外，在測試的三種阻尼值中，具有孔板開度比的中間體gydF4y2BaRgydF4y2Ba2gydF4y2Ba= 1.35%被發現是在所有常規波條件下測試的所有腔室的捕獲寬度比最大的最佳阻尼。gydF4y2Ba

通過對模型設計的測試，入射波可以在OWC腔室側壁下和周圍通過。因此，在規則波條件下獲得的最大捕獲寬度比為2.1。在之前的研究中報道的所有類似概念中，這些值是最高的。這種捕獲寬度比的改進值得在更實際的不規則波條件下進一步研究。gydF4y2Ba

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下載參考gydF4y2Ba

確認gydF4y2Ba

作者感謝Indra Jayewardene先生在實驗過程中的技術支持，Manly液壓實驗室MHL, NSW, Australia。gydF4y2Ba

作者的信息gydF4y2Ba

穆罕默德·謝爾比，1982年出生，目前擔任機械工程係主任gydF4y2BaAl-Hussein Bin Talal大學gydF4y2Ba，gydF4y2Ba約旦gydF4y2Ba．他獲得了博士學位gydF4y2Ba悉尼科技大學gydF4y2Ba，gydF4y2Ba澳大利亞gydF4y2Ba在2019年。他的研究興趣包括設計和開發用於收集海浪能量的振蕩水柱裝置。gydF4y2Ba

艾哈邁德·埃爾哈納菲，1985年出生，目前在gydF4y2Ba澳大利亞海事學院國家海洋工程和流體動力學中心gydF4y2Ba．他獲得了波能轉換器，結構工程，海洋工程和海軍工程博士學位gydF4y2Ba塔斯馬尼亞大學，澳大利亞gydF4y2Ba在2018年。gydF4y2Ba

保羅·沃克，現任北京理工大學機械與機電工程學院高級講師gydF4y2Ba悉尼科技大學gydF4y2Ba．他的研究興趣包括汽車動力係統的動力學和控製，新型混合動力和電動汽車動力係統架構的開發，包括設計，集成和瞬態動力學分析。gydF4y2Ba

David G. Dorrell，本科(榮譽)gydF4y2Ba利茲大學gydF4y2Ba(1988)，理學碩士gydF4y2Ba布拉德福德大學gydF4y2Ba(1989)，博士gydF4y2Ba劍橋大學gydF4y2Ba(1993)。他目前是哈佛大學的特聘教授gydF4y2Ba威特沃特斯蘭德大學gydF4y2Ba．他是電機專業的教授gydF4y2Ba誇祖魯-納塔爾大學gydF4y2Ba在gydF4y2Ba南非德班gydF4y2Ba(2015-2020年)gydF4y2BaEPPEI專業化中心gydF4y2Ba在UKZN的高壓直流和事實(2016-2020)。他曾在gydF4y2Ba羅伯特·戈登大學，英國gydF4y2Ba，gydF4y2Ba雷丁大學，英國gydF4y2Ba，gydF4y2Ba英國格拉斯哥大學gydF4y2Ba，以及gydF4y2Ba悉尼科技大學，澳大利亞gydF4y2Ba．主要研究方向為電機、可再生能源和電力係統。他曾在工業界工作，並進行了幾次工業谘詢。他是英國的特許工程師和IET的研究員。gydF4y2Ba

艾哈邁德·薩拉赫，生於1985年，目前擔任電氣工程係主任gydF4y2BaAl-Hussein Bin Talal大學gydF4y2Ba，gydF4y2Ba約旦gydF4y2Ba．他獲得了博士學位gydF4y2Ba悉尼科技大學gydF4y2Ba，gydF4y2Ba澳大利亞gydF4y2Ba在2018年。主要研究方向為電機、可再生能源和電力係統。gydF4y2Ba

穆罕默德·貝赫裏出生於1979年，目前以阿西斯的名義工作。本哈工程學院熱能和可再生能源機械工程教授，gydF4y2BaBenha大學gydF4y2Ba，gydF4y2BaBanha、埃及gydF4y2Ba和在機械工程係gydF4y2BaAl-Hussein Bin Talal大學gydF4y2Ba，gydF4y2Ba約旦gydF4y2Ba．他獲得了博士學位gydF4y2BaSEUA(理工學院)，埃裏溫，亞美尼亞gydF4y2Ba2011年12月，在可再生能源係統領域。他的研究興趣包括熱能和可再生能源係統，吸收，脫鹽和空調係統。gydF4y2Ba

資金gydF4y2Ba

不適用。gydF4y2Ba

作者信息gydF4y2Ba

作者和隸屬關係gydF4y2Ba

  1. Al-Hussein Bin Talal大學工程學院機械工程係，約旦馬安71111gydF4y2Ba

    穆罕默德·沙爾比和穆罕默德·r·戈馬gydF4y2Ba

  2. 塔斯馬尼亞大學澳大利亞海事學院國家海洋工程和流體力學中心，塔斯馬尼亞大學朗塞斯頓，7250，澳大利亞gydF4y2Ba

    艾哈邁德ElhanafigydF4y2Ba

  3. 悉尼科技大學機械與機電係統學院，悉尼，NSW, 2007，澳大利亞gydF4y2Ba

    保羅沃克gydF4y2Ba

  4. 金山大學電氣與信息工程學院，德班，2000，南非gydF4y2Ba

    大衛·g·多雷爾gydF4y2Ba

  5. Al Hussein Bin Talal大學工程學院電氣工程係，約旦馬安71111gydF4y2Ba

    艾哈邁德·沙拉gydF4y2Ba

  6. 本哈大學本哈工程學院機械工程係，埃及本哈13518gydF4y2Ba

    穆罕默德·r·戈馬gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba
  1. 穆罕默德ShalbygydF4y2Ba
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    您也可以在中搜索這個作者gydF4y2BaPubMedgydF4y2Ba穀歌學者gydF4y2Ba

  2. 艾哈邁德ElhanafigydF4y2Ba
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  3. 保羅沃克gydF4y2Ba
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  4. 大衛·g·多雷爾gydF4y2Ba
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  5. 艾哈邁德·沙拉gydF4y2Ba
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  6. 穆罕默德·r·戈馬gydF4y2Ba
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貢獻gydF4y2Ba

MS、AE、DGD和PW提供了研究的概念和設計，並負責數據的采集。MS、AE、DGD、AS負責數據的分析和解釋。起草稿件:MS, AE, DG D, AS, MRG對重要的知識內容進行了嚴格的起草和修改。所有作者閱讀並批準了最終稿件。gydF4y2Ba

相應的作者gydF4y2Ba

對應到gydF4y2Ba穆罕默德ShalbygydF4y2Ba．gydF4y2Ba

道德聲明gydF4y2Ba

相互競爭的利益gydF4y2Ba

作者聲明沒有競爭的經濟利益。gydF4y2Ba

附錄gydF4y2Ba

附錄gydF4y2Ba

實驗不確定度與重複性分析gydF4y2Ba

為這些實驗進行的不確定度分析是按照國際標準化組織(ISO)《測量不確定度表達指南》進行的。[gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，也被稱為GUM。國際拖曳油罐會議(ITTC)采用此方法[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba］．根據ISO(2005)，實驗不確定度分為兩組，第1類(隨機)，這是通過重複測量估計的，第B類(係統)，這是使用可用信息估計的，如校準程序和每個儀器製造商提供的數據。在本工作進行的實驗測試中，獲得了良好的實驗重複性，所有測量不確定度在±6%量級，給出了大約95%的置信度，如圖所示gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba．這些條件包括ITTC建議的非連續重複運行[gydF4y2Ba58gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba來證明實驗的可重複性。gydF4y2Ba

圖12gydF4y2Ba
圖12gydF4y2Ba

的波動條件下實驗重複性的采樣時間序列數據gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 50毫米，gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.6 s，恒定開度比為gydF4y2BaRgydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1.34%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba
圖13gydF4y2Ba
圖13gydF4y2Ba

的波動條件下實驗重複性的采樣時間序列數據gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 100毫米，gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.6 s，恒定開度比為gydF4y2BaRgydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1.34%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba
圖14gydF4y2Ba
圖14gydF4y2Ba

的波動條件下實驗重複性的采樣時間序列數據gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 100毫米，gydF4y2BaTgydF4y2Ba= 1.2 s，開度比恒定gydF4y2BaRgydF4y2Ba我gydF4y2Ba= 1.34%gydF4y2Ba

全尺寸圖像gydF4y2Ba

表格gydF4y2Ba

表5重複性試驗條件gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

5gydF4y2Ba總結了恒開比和固定裝置吃水下的三種試驗不確定度條件。表格gydF4y2Ba6gydF4y2Ba總結了在這個項目中進行的所有實驗的不確定度分析。US-A為A型不確定度，US-B為B型不確定度，US為標準不確定度，擴展不確定度列於表最後一列gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

表6實驗不確定度gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

權利與權限gydF4y2Ba

開放獲取gydF4y2Ba本文遵循創作共用署名4.0國際許可協議(Creative Commons Attribution 4.0 International License)，該協議允許在任何媒體或格式中使用、分享、改編、分發和複製，隻要您給予原作者和來源適當的署名，提供創作共用許可協議的鏈接，並說明是否有更改。本文中的圖片或其他第三方材料包含在文章的創作共用許可中，除非在材料的信用額度中另有說明。如果材料不包含在文章的創作共用許可中，並且您的預期用途不被法律法規允許或超出了允許的用途，您將需要直接從版權所有者那裏獲得許可。欲查看此許可證的副本，請訪問gydF4y2Bahttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

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關於本文gydF4y2Ba

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引用本文gydF4y2Ba

沙爾比，M.，艾爾哈納菲，A.，沃克，P.。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba小型固定多腔OWC裝置的實驗研究。gydF4y2Ba下巴。j .機械工程。Eng。gydF4y2Ba34gydF4y2Ba， 124(2021)。https://doi.org/10.1186/s10033-021-00641-9gydF4y2Ba

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關鍵字gydF4y2Ba

  • 海浪能gydF4y2Ba
  • 能量轉換gydF4y2Ba
  • 擺動水柱gydF4y2Ba
  • Multi-chamber油水界麵gydF4y2Ba
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