水閘波浪壓力計(jì)算（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

水閘波浪壓力計(jì)算水閘波浪壓力計(jì)算（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）平原、濱海地區(qū)水閘按莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算和：式中hm—平均波高（m）；V0—計(jì)算風(fēng)速（m/s），可采用當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站提供的30年一遇10min平均最大風(fēng)速；D—風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度（m），當(dāng)對(duì)岸最遠(yuǎn)水面距離不超過(guò)水閘前沿水面寬度5倍時(shí)，可采用對(duì)岸至水閘前沿的直線距離；當(dāng)對(duì)岸最遠(yuǎn)水面距離超過(guò)水閘前沿寬度5倍時(shí)，可采用水閘前沿水面寬度的5倍；Hm—風(fēng)區(qū)內(nèi)的平均水深（m），可由沿風(fēng)向的地形剖面圖求得，其計(jì)算水位與相應(yīng)計(jì)算情況下的靜水位一致；Tm—平均波周期（S）。查得水閘的設(shè)計(jì)波列累積頻率P（％）值。計(jì)算hP。波長(zhǎng)值計(jì)算波浪壓力時(shí)分別按下列規(guī)定進(jìn)行1）當(dāng)和時(shí)，波浪壓力可按下式計(jì)算。式中—作用于水閘迎水面上的浪壓力（KN/m）；—累積頻率為P（%）的波高（m）；—波浪中心超出計(jì)算水位的高度（m）；HK—使波浪破碎的臨界水深（m）。2）當(dāng)和時(shí)，波浪壓力按下式計(jì)算。式中ps—閘墩（閘門(mén)）底面處的剩余浪壓力強(qiáng)度（Kpa）。3）當(dāng)H<HK時(shí)，波浪壓力可按下式計(jì)算。.式中Pj—計(jì)算水位處的浪壓力強(qiáng)度（kpa）；λ—閘墩（閘門(mén)）底面處的浪壓力強(qiáng)度折減系數(shù)，當(dāng)時(shí)，可采用0.6;當(dāng)時(shí),可采用0.5;Ki—閘前河（渠）底坡影響系數(shù)。波浪對(duì)圓形樁基的作用1.計(jì)算原則按<<海港水文規(guī)范>>(JTJ213-988.3條計(jì)算2.設(shè)計(jì)資料樁徑D1.00m天然泥面標(biāo)高-1.00m設(shè)計(jì)水位3.04m樁頂標(biāo)高3.46m3.最大波浪力的相位計(jì)算水深d＝4.04m速度力系數(shù)CD=1.2H/d=0.819慣性力系數(shù)CM=2.0d/L=0.075樁基斷面積A=0.785m2按8.3.2.1條：查P78圖8.3.2-1中wt=0o時(shí)的hmax.hmax/H=0.79hmax=2.61m按8.3.2.2條：查P85圖8.3.2-8~9中的系數(shù)a.a=1.10按8.3.2.3條：查P86圖8.3.2-10中的系數(shù)gP.gP=1.00d+hd+h相位wt=-13.12(弧度asin(-0.5PImax/PDmax=-13.12第34卷第4期廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)Vol.34No.42021年8月JournalofGuangdongOceanUniversityAug.2021收稿日期:2021-03-17基金項(xiàng)目:廣東省博士啟動(dòng)項(xiàng)目(1209386,廣東海洋大學(xué)博士啟動(dòng)項(xiàng)目(E11098一種近岸波浪動(dòng)能發(fā)電裝置童軍杰1,凌長(zhǎng)明1,馬曉茜2(1.廣東海洋大學(xué)工程學(xué)院,廣東湛江524006;2.華南理工大學(xué)電力學(xué)院廣東廣州510641摘要:設(shè)計(jì)了一種近岸波浪動(dòng)能發(fā)電設(shè)備,其特有的雙通道結(jié)構(gòu)可將海水的雙向流動(dòng)轉(zhuǎn)化為葉輪的單向旋轉(zhuǎn)。同時(shí),根據(jù)近岸波浪能的特點(diǎn),分析了近岸海水動(dòng)能和遠(yuǎn)離海岸波浪波高的關(guān)系,研究了通過(guò)發(fā)電設(shè)備的水流速度和設(shè)備的流通面積。關(guān)鍵詞:雙通道;波浪能;近岸中圖分類(lèi)號(hào):TV139.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-9159(202104-0080-04ACoastalWaveKineticEnergyPowerGenerationTONGJun-jie1,LINGChang-ming1,MAXiao-qian2(1.GuangdongOceanUniversityofTechnology,SchoolofEngineering,Zhanjiang524006,China;2.SouthChinaUniversityofTechnology,SchoolofElectricPower,Guangzhou510641,ChinaAbstract:Hereintroducedwasacoastalwavekineticenergypowergenerationwithauniquedualchannelstructure,bywhichtwo–waycoastalcurrentwastransformedintosingledirectionrotationoftheimpeller.Alsoaccordingtocoastalwaveenergycharacteristics,therelationshipofinshoreseawaterkineticenergyandthewaveamplitudeawayfromthecoastareanalyzed.Inaddition,thewatervelocityandflowareaofequipmentthroughpowergenerationequipmentarestudied.Keywords:dualchannel;waveenergy;inshore波浪能是海洋能中分布最廣的一種可再生能源。對(duì)波浪能的利用占海洋能源總利用率50%以上[1-2]。近年來(lái),出現(xiàn)了以波浪能發(fā)電為代表的一類(lèi)海洋能源機(jī)械強(qiáng)勁發(fā)展的勁頭。然而,目前對(duì)波浪能的利用主要為遠(yuǎn)離海岸的深海區(qū)域[3-6],對(duì)近岸波浪能的利用較少。當(dāng)海岸傾斜角度較小(<15°時(shí),與深海區(qū)域波浪能表現(xiàn)為海水的位能不同,近岸波浪能主要表現(xiàn)為海水的動(dòng)能,流動(dòng)形式表現(xiàn)為海水的雙向流動(dòng)。本文介紹了一種近岸波浪動(dòng)能發(fā)電設(shè)備的設(shè)計(jì),其特有的雙通道結(jié)構(gòu)將海水的雙向流動(dòng)轉(zhuǎn)化為單向旋轉(zhuǎn),使得裝置內(nèi)的葉輪始終沿著同一方向旋轉(zhuǎn),提高了能量輸出的穩(wěn)定性。同時(shí),分析了波浪波高與近岸海水動(dòng)能關(guān)系,研究了通過(guò)發(fā)電設(shè)備的海水流量和迎流面積。1雙通道發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作原理筆者研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的雙通道海流能發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由變速裝置、葉輪、發(fā)電機(jī)和閥門(mén)等部件組成,其結(jié)構(gòu)和工作原理分別如圖1和圖2所示。如圖1所示,雙通道發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)主要由閥門(mén)、擋板、底板、頂板、側(cè)板、變速裝置和發(fā)電機(jī)組成。閥門(mén)的系列開(kāi)關(guān)組合分別形成了海水向右流動(dòng)或童軍杰等:一種近岸波浪動(dòng)能發(fā)電裝置81者向左流動(dòng)的通道。海水推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn),進(jìn)而通過(guò)變速裝置帶動(dòng)發(fā)電機(jī)做功。如圖2所示,海水向右流動(dòng)或者向左流動(dòng)的通道形成過(guò)程如下:當(dāng)流體從左側(cè)流入時(shí),由于流體的推動(dòng)作用,閥門(mén)1和閥門(mén)2在擋板位置封閉;閥門(mén)3和閥門(mén)4向右旋轉(zhuǎn)打開(kāi),形成向海水向右流動(dòng)的通道,海水推動(dòng)葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)做功。1-發(fā)電機(jī);2-變速裝置;3-葉輪;4-閥門(mén);5-軸;6-擋板;7-底板;8-側(cè)板圖1雙通道發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)(去掉頂板Fig.1Thestructureofdualchannelelectricpowerequipment(removingroof1-復(fù)位彈簧;2-閥門(mén)1;3-葉片;4-葉輪軸;5閥門(mén)2;6-閥門(mén)3;7-擋板;8-閥門(mén)4圖2雙通道發(fā)電設(shè)備工作原理(海水向右流動(dòng)Fig.2Dualchannelpowergenerationequipmentworks(seawaterflowtoright同理,當(dāng)流體從右側(cè)流入時(shí),由于流體的推動(dòng)作用,閥門(mén)3和閥門(mén)4在擋板位置封閉;閥門(mén)1和閥門(mén)2向左旋轉(zhuǎn)打開(kāi),形成海水向左流動(dòng)的通道,海水推動(dòng)葉輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)做功。波浪動(dòng)能在近岸的主要表現(xiàn)形式為海水的雙向流動(dòng),當(dāng)海水分別向右或者向左流動(dòng)時(shí),雙通道發(fā)電設(shè)備分別形成海水向右或者向左流動(dòng)的通道,使得葉輪向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),因而減小了能量輸出的不穩(wěn)定性。雙通道發(fā)電設(shè)備的進(jìn)出口設(shè)計(jì)為漸縮型通道結(jié)構(gòu),能有效增加海水的輸入能量。2近岸波浪能分析當(dāng)海岸傾斜角度較小(<15°時(shí),近岸波浪能主要表現(xiàn)為海水的動(dòng)能,對(duì)近岸波浪能分析如下:1假定不考慮近岸風(fēng)能對(duì)海水動(dòng)能的影響,近岸海水的動(dòng)能主要由遠(yuǎn)離海岸的波浪位能轉(zhuǎn)變而來(lái);2假定不考慮波浪破碎的能量損失影響;3當(dāng)海水流向海岸或離開(kāi)海岸往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),海水動(dòng)能損失主要是由于岸基阻力引起的;4離岸一定距離處,此處受岸基阻力很小,可忽略不計(jì),此處海水流向海岸的動(dòng)能最大,主要由遠(yuǎn)離岸邊的波浪位能轉(zhuǎn)變而來(lái);5離岸一定距離處如(4所述,由于此處到海岸間岸基阻力較大,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,海水回流經(jīng)過(guò)此處的動(dòng)能小于前一時(shí)刻流向海岸的動(dòng)能,此時(shí)海水回流的速度小于前一時(shí)刻海水流向海岸的速度;6對(duì)波浪能的分析為一段時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)離岸邊的波浪平均位能與近岸海水的平均動(dòng)能的轉(zhuǎn)化,因而不考慮上述參數(shù)隨時(shí)間的變化。根據(jù)以上分析,將雙通道海流發(fā)電裝置布置在如4和5所述離岸一定距離且海水流向海岸的動(dòng)能最大處。此時(shí)將最大程度回收海水流向海岸的動(dòng)能和海水從岸邊回流的動(dòng)能,根據(jù)以上假定及伯努利方程[7]可得:21111(2pUNZgag=++=2222212(2pUZhgag+++。其中,N為總壓頭,Z1、p1、U1和α1分別為遠(yuǎn)離岸邊的波浪的位高,海水壓力、海水流向海岸的速度和動(dòng)能修正系數(shù);Z2、p2、U2和α2為如4所述離岸一定距離處海水的位高,海水壓力、海水流向海岸的速度和動(dòng)能修正系數(shù);g為重力加速度,γ為海水容重;h12為阻力損失。對(duì)于雙通道波浪能發(fā)電裝置,對(duì)海水動(dòng)能的利用主要為海水表面附近,不考慮動(dòng)能損失,因而廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)第34卷82p1=p2,Z1=Z2+HW,U1=U2。其中,HW為波浪波高。波浪流向海岸的速度為U1,如分析4所述離岸一定距離且海水流向海岸的動(dòng)能最大處海水的最大速度為U2。不考慮能量轉(zhuǎn)變過(guò)程中動(dòng)能損失,則:gUHW222=。如圖3為假定重力加速度g為9.813m/s2,在能量轉(zhuǎn)變過(guò)程中,HW與U2關(guān)系。圖3波浪波高與流向海岸的海水速度Fig.3Thewaveamplitudeandthefluidflowvelocity由圖3可見(jiàn),在近岸區(qū)域波浪能的轉(zhuǎn)變過(guò)程中,遠(yuǎn)離岸邊的波浪位能增加,則如分析4所述離岸一定距離海水最大動(dòng)能處,海水流向海岸的最大速度隨之增加。3發(fā)電設(shè)備迎流面積與流量當(dāng)海水流經(jīng)發(fā)電設(shè)備時(shí),根據(jù)伯努利方程[7]可得發(fā)電設(shè)備進(jìn)出口海水的壓力、速度和位高參數(shù)如為2iiiioi(2pUHZgag=++-2oooo(2pUZgag++。(1其中,Hio為發(fā)電設(shè)備可獲得的海水的壓頭,Zi、pi、Ui和αi分別為設(shè)備進(jìn)口海水的位高、壓力、速度和動(dòng)能修正系數(shù);Zo、po、Uo和αo為設(shè)備出口海水的位高,壓力、速度和動(dòng)能修正系數(shù);g為重力加速度,γ為海水容重。對(duì)于發(fā)電設(shè)備,由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性和海水的不可壓縮性,因此發(fā)電設(shè)備可獲得的總壓頭為oiioppHgg=-。(2從上式可以看出,發(fā)電設(shè)備可獲得的壓頭Hio與設(shè)備進(jìn)出口海水的壓差pi-po有關(guān)。海水的進(jìn)出口壓差越大,發(fā)電設(shè)備可獲得的總壓頭越高。通過(guò)設(shè)備的海水所做功率為ioPQHηg=。(3其中,Q為每秒通過(guò)發(fā)電設(shè)備的海水流量,η為設(shè)備發(fā)電的系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率。經(jīng)過(guò)設(shè)備的流通面積S、流速U與流量Q關(guān)系如:USQ=。如圖4為假定設(shè)備發(fā)電功率為1000W,系統(tǒng)發(fā)電效率η為0.25,海水容重γ為9813N/m3,重力加速度g為9.813m/s2,流經(jīng)設(shè)備內(nèi)海水流速U和流通面積S關(guān)系。面積/m2圖4設(shè)備內(nèi)流體流速和流通面積Fig.4Fluidflowvelocityandflowareathroughthedevice從式(1~式(3和圖4可以看出:1發(fā)電設(shè)備的輸出功率P由發(fā)電設(shè)備可獲得的壓頭Hio和通過(guò)發(fā)電設(shè)備的流量Q決定,如Hio一定時(shí),通過(guò)發(fā)電設(shè)備的流量Q增大,則發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)的輸出功率P隨之增加;2發(fā)電設(shè)備可獲得的壓頭Hio由遠(yuǎn)離海岸的波浪位置壓頭HW轉(zhuǎn)變而來(lái),并且Hio≤HW;3由于發(fā)電設(shè)備內(nèi)葉輪阻力的影響,通過(guò)發(fā)電設(shè)備的海水流通速度U≤U2.當(dāng)通過(guò)發(fā)電設(shè)備的海水流通速度U較小時(shí),需要較大的流通面積S來(lái)確保發(fā)電設(shè)備的輸出功率P,因而設(shè)備需要較大的體積,緊湊性較差。童軍杰等:一種近岸波浪動(dòng)能發(fā)電裝置833結(jié)論1波浪能在近岸的主要表現(xiàn)形式為海水的雙向流動(dòng),當(dāng)海水向左或者向右流動(dòng)進(jìn)入雙通道波浪能發(fā)電裝置時(shí),分別形成海水向左或者右左流動(dòng)的通道,使得葉輪向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),減小了能量輸出的不穩(wěn)定性。2近岸波浪能主要表現(xiàn)為海水的動(dòng)能,離岸一定距離處,受岸基阻力很小,可忽略不計(jì),此處海水流向海岸的動(dòng)能最大,主要由遠(yuǎn)離岸邊的波浪位能轉(zhuǎn)變而來(lái)。將雙通道波浪能發(fā)電裝置布置在此處,將最大程度利用海水流向海岸的動(dòng)能并回收海水回流的動(dòng)能。3發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)輸出功率P的主要影響因素為發(fā)電設(shè)備可獲得的總壓頭Hio和通過(guò)發(fā)電設(shè)備的流量Q,發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)輸出功率P與發(fā)電設(shè)備可獲得的總壓頭Hio和通過(guò)發(fā)電設(shè)備的流量Q成正比關(guān)系;發(fā)電設(shè)備可獲得的壓頭Hi