本發(fā)明屬于波浪能發(fā)電，特別是涉及一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法。

背景技術(shù)：

1、波浪能作為可再生能源的一種形式，能量密度高，且在全球范圍內(nèi)分布廣泛，可利用的前景廣闊，具有巨大的潛力。波浪能可以提供穩(wěn)定且可預(yù)測的能量輸出，這使得它在能源供給的穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。與風(fēng)能和太陽能相比，波浪能的能量源更穩(wěn)定，受到天氣變化的影響較小。

2、現(xiàn)有的波浪能捕獲裝置種類多樣，包括浮體式、振蕩水柱式、越浪式等，每種裝置都有其獨特的應(yīng)用場景和優(yōu)勢。這些裝置能夠有效地將波浪能轉(zhuǎn)化為機械能或電能，用于發(fā)電或其他應(yīng)用。特別是變擺翼長度的波浪能獲取裝置，通過調(diào)整擺翼的長度來優(yōu)化能量捕獲效率，能夠更好地適應(yīng)不同海況，提高裝置的整體性能，這對不同參數(shù)下的仿真需求要求很高。

3、在以往的仿真方法中，通常假設(shè)裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)固定不變，如擺翼的長度，這樣的簡化處理無法真實反映裝置在不同波況下的動態(tài)響應(yīng)。例如擺翼式波浪能裝置，固定長度的擺翼可能無法適應(yīng)海洋中波高和波長的變化，導(dǎo)致能量捕獲效率的顯著波動。

4、此外，傳統(tǒng)的仿真方法在處理海浪輸入數(shù)據(jù)時，往往采用平均或代表性的波浪條件，忽略了海洋環(huán)境的高度非線性和隨機性。這種簡化處理導(dǎo)致仿真結(jié)果缺乏精確性和可靠性，無法充分預(yù)測裝置在實際運行中的性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有模型結(jié)構(gòu)參數(shù)固定不變、海浪輸入數(shù)據(jù)不精確的問題，提出了一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法。所述方法通過調(diào)整擺翼的長度，波浪能獲取裝置可以自適應(yīng)不同的海浪條件，優(yōu)化能量捕獲效率，不僅提高了能量捕獲的穩(wěn)定性和效率，也顯著增強了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明提出一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1、幾何建模：利用star-ccm+中內(nèi)置的3d-cad模塊繪制波浪能獲取裝置的三維幾何模型；

4、步驟2、創(chuàng)建實驗池，劃分區(qū)域：在star-ccm+中，圍繞波浪能獲取裝置創(chuàng)建數(shù)值實驗水池，劃分計算所需的背景區(qū)、運動區(qū)、自由液面加密區(qū)和重疊網(wǎng)格區(qū)；并定義邊界類型；

5、步驟3、網(wǎng)格劃分：將三維幾何模型劃分成有限數(shù)量的網(wǎng)格單元；

6、步驟4、設(shè)置物理模型，調(diào)整波浪、擺翼參數(shù)：選擇和定義所需的物理模型，激活vof波阻尼，根據(jù)海浪輸入，調(diào)整波浪周期、波高，擺翼長度參數(shù)；

7、步驟5、多體運動設(shè)置：定義動態(tài)流體固體相互作用，定義波浪能獲取裝置的質(zhì)量、慣性矩和隨體坐標(biāo)系，定義擺翼和波浪能獲取裝置主體的鉸接關(guān)系；

8、步驟6、求解設(shè)置：設(shè)置求解器參數(shù)，包括求解算法、時間步長和收斂標(biāo)準(zhǔn)；

9、步驟7、仿真運行結(jié)果分析：進(jìn)行仿真運算分析，對運算結(jié)果進(jìn)行后處理，生成結(jié)果文件。

10、進(jìn)一步地，在步驟2中，在star-ccm+中，圍繞波浪能獲取裝置創(chuàng)建體形狀的幾何，布爾減零部件，從體中減去波浪能獲取裝置，生成虛擬實驗水池；分割實驗池表面，設(shè)置各表面的邊界類型：對稱平面、速度進(jìn)口、壓力出口、重疊網(wǎng)格和壁面。

11、進(jìn)一步地，在步驟2中，設(shè)置靜水平面為大地坐標(biāo)系平面，波浪速度方向為x軸正方向；在數(shù)值實驗水池中，設(shè)定計算域入口邊界距離原點一個波長，位于x軸負(fù)方向處；計算域出口邊界距離原點兩個波長，位于x軸正方向處，在出口處設(shè)置一個波長的消波區(qū)域。

12、進(jìn)一步地，在步驟3中，設(shè)置背景區(qū)基本網(wǎng)格尺寸為0.2m、運動區(qū)域網(wǎng)格大小設(shè)置為0.04m，保證一個波高方向有10-20個網(wǎng)格，單個網(wǎng)格長寬比為1:2或1:4。

13、進(jìn)一步地，在步驟4中，定義物理模型歐拉相、vof波，設(shè)置壓力、速度和體積分?jǐn)?shù)的初始條件，激活vof波阻尼；在物理模型-vof波-波-五階vof波中指定波浪周期、波長，在幾何-零部件中定義擺翼長度。

14、進(jìn)一步地，在步驟5中，創(chuàng)建動態(tài)流體固體相互作用dfbi旋轉(zhuǎn)與平移，新建波浪能獲取裝置連續(xù)體；定義波浪能獲取裝置的6自由度屬性，在質(zhì)心處創(chuàng)建局部初始笛卡爾坐標(biāo)系；使用體耦合中的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)命令，鉸接擺翼和波浪能獲取裝置主體，并激活z軸向移動和y軸向旋轉(zhuǎn)屬性。

15、進(jìn)一步地，在步驟6中，在求解器節(jié)點，對時間步、最大迭代次數(shù)、停止條件中的最大內(nèi)部迭代、最大物理時間和最大步數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

16、進(jìn)一步地，在步驟7中，仿真計算所得的結(jié)果包含波浪能獲取裝置主體z方向的垂蕩位移、擺翼的角速度、角位移和所受的波浪力矩。

17、本發(fā)明還提出一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)所述一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法的步驟。

18、本發(fā)明還提出一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機指令，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法的步驟。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、1、自適應(yīng)能量捕獲：通過機械系統(tǒng)的變擺翼長度設(shè)計，實現(xiàn)擺翼長度的動態(tài)調(diào)整，使裝置能夠自適應(yīng)不同的海浪條件，優(yōu)化能量捕獲效率。克服了現(xiàn)有技術(shù)中固定擺翼長度無法適應(yīng)不同波況導(dǎo)致能量捕獲效率波動的問題。

21、2、動態(tài)仿真精確性：充分考慮海浪輸入數(shù)據(jù)的動態(tài)變化和非線性特性，進(jìn)行全面而高效的仿真計算。解決了傳統(tǒng)仿真方法簡化處理導(dǎo)致仿真結(jié)果缺乏精確性和可靠性的問題。

技術(shù)特征：

1.一種基于star-ccm+的波浪能獲取裝置的仿真方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2中，在star-ccm+中，圍繞波浪能獲取裝置創(chuàng)建體形狀的幾何，布爾減零部件，從體中減去波浪能獲取裝置，生成虛擬實驗水池；分割實驗池表面，設(shè)置各表面的邊界類型：對稱平面、速度進(jìn)口、壓力出口、重疊網(wǎng)格和壁面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟2中，設(shè)置靜水平面為大地坐標(biāo)系平面，波浪速度方向為x軸正方向；在數(shù)值實驗水池中，設(shè)定計算域入口邊界距離原點一個波長，位于x軸負(fù)方向處；計算域出口邊界距離原點兩個波長，位于x軸正方向處，在出口處設(shè)置一個波長的消波區(qū)域。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟3中，設(shè)置背景區(qū)基本網(wǎng)格尺寸為0.2m、運動區(qū)域網(wǎng)格大小設(shè)置為0.04m，保證一個波高方向有10-20個網(wǎng)格，單個網(wǎng)格長寬比為1:2或1:4。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟4中，定義物理模型歐拉相、vof波，設(shè)置壓力、速度和體積分?jǐn)?shù)的初始條件，激活vof波阻尼；在物理模型-vof波-波-五階vof波中指定波浪周期、波長，在幾何-零部件中定義擺翼長度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟5中，創(chuàng)建動態(tài)流體固體相互作用dfbi旋轉(zhuǎn)與平移，新建波浪能獲取裝置連續(xù)體；定義波浪能獲取裝置的6自由度屬性，在質(zhì)心處創(chuàng)建局部初始笛卡爾坐標(biāo)系；使用體耦合中的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)命令，鉸接擺翼和波浪能獲取裝置主體，并激活z軸向移動和y軸向旋轉(zhuǎn)屬性。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟6中，在求解器節(jié)點，對時間步、最大迭代次數(shù)、停止條件中的最大內(nèi)部迭代、最大物理時間和最大步數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟7中，仿真計算所得的結(jié)果包含波浪能獲取裝置主體z方向的垂蕩位移、擺翼的角速度、角位移和所受的波浪力矩。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲計算機指令，其特征在于，所述計算機指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種基于STAR?CCM+的波浪能獲取裝置的仿真方法。所述方法包括：步驟1、幾何建模；步驟2、創(chuàng)建實驗池，劃分區(qū)域；步驟3、網(wǎng)格劃分；步驟4、設(shè)置物理模型，調(diào)整波浪、擺翼參數(shù)；步驟5、多體運動設(shè)置；步驟6、求解設(shè)置；步驟7、仿真運行結(jié)果分析。所述方法通過調(diào)整擺翼的長度，波浪能獲取裝置可以自適應(yīng)不同的海浪條件，優(yōu)化能量捕獲效率，不僅提高了能量捕獲的穩(wěn)定性和效率，也顯著增強了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：徐建安,路遙,金桐光,展勇,曲東越
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23