本發(fā)明涉及波浪能發(fā)電，特別是涉及一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法。

背景技術(shù)：

1、波浪能是由海洋表面的波浪運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的一種可再生能源。其來(lái)源主要是風(fēng)在海洋表面作用下產(chǎn)生的波浪，能量密度高且分布廣泛。波浪能的一個(gè)顯著特性是其穩(wěn)定性和可預(yù)測(cè)性，波浪運(yùn)動(dòng)相對(duì)連續(xù)，受天氣條件變化的影響較小，這使得波浪能相較于風(fēng)能和太陽(yáng)能等其他可再生能源具有更高的供能穩(wěn)定性。此外，波浪能利用效率高，可以在近海地區(qū)直接轉(zhuǎn)化為電能，為沿海地區(qū)的能源供應(yīng)提供了一種可行的解決方案。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和全球?qū)Φ吞寄茉葱枨蟮脑黾樱ɡ四茏鳛槲磥?lái)可再生能源體系中的重要組成部分，具有廣闊的發(fā)展前景。

2、在仿真技術(shù)的應(yīng)用方面，仿真技術(shù)被廣泛用于波浪能裝置的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和性能預(yù)測(cè)中，可以有效地模擬復(fù)雜的海洋環(huán)境及裝置的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在數(shù)值仿真中，研究者們通常采用計(jì)算流體力學(xué)(cfd)方法來(lái)模擬波浪與裝置結(jié)構(gòu)之間的相互作用，分析裝置在不同波浪條件下的能量轉(zhuǎn)換效率。此外，多物理場(chǎng)耦合仿真也被引入，以同時(shí)考慮流體動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析以及控制系統(tǒng)的反饋機(jī)制，從而更全面地評(píng)估裝置的整體性能。然而，如何進(jìn)一步提高仿真的精度和效率，特別是在大規(guī)模、多場(chǎng)耦合的情況下，仍然是當(dāng)前研究的重點(diǎn)與挑戰(zhàn)。

3、在波浪能發(fā)電領(lǐng)域，以往的仿真手段多依賴于單一仿真軟件進(jìn)行能量獲取或結(jié)構(gòu)響應(yīng)的模擬。然而，單一軟件的仿真往往難以同時(shí)準(zhǔn)確模擬復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合過(guò)程，如波浪與結(jié)構(gòu)的相互作用、能量轉(zhuǎn)換以及發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，從而不能充分模擬波浪能獲取裝置在全發(fā)電過(guò)程中的流體動(dòng)力學(xué)。而在多個(gè)軟件協(xié)同工作時(shí)，又會(huì)面臨數(shù)據(jù)格式不兼容、信息傳遞延遲與同步困難、操作復(fù)雜以及集成性差等問(wèn)題，導(dǎo)致仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和效率大打折扣，難以實(shí)現(xiàn)高效、精確的整體仿真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的是為了解決在波浪能發(fā)電領(lǐng)域，現(xiàn)有仿真手段多依賴于單一仿真軟件、仿真效率低、精度差；多個(gè)軟件協(xié)同工作時(shí)，集成性差，仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性大打折扣的問(wèn)題，提出了一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明提出一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法，所述方法包括以下步驟：

3、步驟1、利用star-ccm+中的3d-cad模塊繪制波浪能發(fā)電裝置的三維模型，創(chuàng)建計(jì)算水域并劃分網(wǎng)格；

4、步驟2、根據(jù)外部輸入和仿真實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)定物理模型，分別定義發(fā)電裝置和波浪的參數(shù)；

5、步驟3、定義發(fā)電裝置的多體運(yùn)動(dòng)并設(shè)置耦合參數(shù)；

6、步驟4、利用amesim中g(shù)eneric?cosimulation庫(kù)下的dynamic?cosim?socketdiscrete傳輸模塊建立數(shù)據(jù)交換接口；

7、步驟5、利用amesim軟件搭建能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)仿真模型；

8、步驟6、指定運(yùn)行求解器時(shí)使用的主機(jī)和端口，耦合至amesim并運(yùn)行聯(lián)合仿真。

9、進(jìn)一步地，在步驟1中，設(shè)定三維模型的質(zhì)量和慣性矩參數(shù)；根據(jù)實(shí)際裝置尺寸和波浪傳播范圍，對(duì)計(jì)算水域進(jìn)行創(chuàng)建。

10、進(jìn)一步地，在步驟2中，所述物理模型選擇五階vof波-波浪的物理模型，并根據(jù)外部輸入和仿真實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)定發(fā)電裝置的外形參數(shù)、輸入波浪的波長(zhǎng)和波高參數(shù)。

11、進(jìn)一步地，在步驟3中，定義發(fā)電裝置的多體運(yùn)動(dòng)形式，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)流體固體相互作用dfbi模塊，使發(fā)電裝置能夠在波浪作用下自由旋轉(zhuǎn)與平移，并在可選模型下選擇simcenteramesim協(xié)同仿真模型，完成耦合參數(shù)的設(shè)置。

12、進(jìn)一步地，在步驟4中，設(shè)定傳輸模塊的左側(cè)、右側(cè)端口數(shù)量均為兩個(gè)。

13、進(jìn)一步地，在步驟5中，利用amesim中的signal、control庫(kù)、1d?mechanical庫(kù)、hydraulic?component?design庫(kù)和hydraulic庫(kù)，搭建能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)仿真模型。

14、進(jìn)一步地，在步驟6中，指定運(yùn)行求解器時(shí)使用的主機(jī)和端口，返回star-ccm+中，將外部連接中的端口與amesim設(shè)定對(duì)應(yīng)，耦合至amesim，并運(yùn)行聯(lián)合仿真。

15、進(jìn)一步地，端口號(hào)設(shè)置為60000。

16、本發(fā)明還提出一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)所述一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法的步驟。

17、本發(fā)明還提出一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)所述一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法的步驟。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

19、1、仿真精度、性能顯著提高：相比單一軟件仿真方法，本發(fā)明的聯(lián)合仿真方法能夠?qū)崿F(xiàn)多物理場(chǎng)的耦合仿真，特別是在流體動(dòng)力學(xué)與能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的精確模擬上表現(xiàn)突出，這使得仿真結(jié)果更加接近實(shí)際情況。另外，通過(guò)聯(lián)合仿真，本發(fā)明的聯(lián)合仿真方法能夠同步優(yōu)化波浪能獲取裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。

20、2、節(jié)省仿真成本與時(shí)間：本發(fā)明通過(guò)聯(lián)合仿真實(shí)現(xiàn)了波浪能獲取裝置從獲能到發(fā)電的全流程仿真，減小了單獨(dú)對(duì)兩個(gè)流程進(jìn)行仿真的次數(shù)與規(guī)模，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)成本，并縮短了實(shí)驗(yàn)周期。

21、3、操作與控制的簡(jiǎn)便性：本發(fā)明將復(fù)雜的多場(chǎng)耦合問(wèn)題集成在一個(gè)聯(lián)合仿真框架中，簡(jiǎn)化了仿真過(guò)程的操作與控制，用戶只需一次輸入即可獲取整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)，大幅提高了仿真操作的便捷性和效率。

技術(shù)特征：

1.一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法，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1中，設(shè)定三維模型的質(zhì)量和慣性矩參數(shù)；根據(jù)實(shí)際裝置尺寸和波浪傳播范圍，對(duì)計(jì)算水域進(jìn)行創(chuàng)建。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟2中，所述物理模型選擇五階vof波-波浪的物理模型，并根據(jù)外部輸入和仿真實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)定發(fā)電裝置的外形參數(shù)、輸入波浪的波長(zhǎng)和波高參數(shù)。

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，定義發(fā)電裝置的多體運(yùn)動(dòng)形式，創(chuàng)建動(dòng)態(tài)流體固體相互作用dfbi模塊，使發(fā)電裝置能夠在波浪作用下自由旋轉(zhuǎn)與平移，并在可選模型下選擇simcenteramesim協(xié)同仿真模型，完成耦合參數(shù)的設(shè)置。

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，設(shè)定傳輸模塊的左側(cè)、右側(cè)端口數(shù)量均為兩個(gè)。

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，利用amesim中的signal、control庫(kù)、1d?mechanical庫(kù)、hydraulic?component?design庫(kù)和hydraulic庫(kù)，搭建能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)仿真模型。

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，指定運(yùn)行求解器時(shí)使用的主機(jī)和端口，返回star-ccm+中，將外部連接中的端口與amesim設(shè)定對(duì)應(yīng)，耦合至amesim，并運(yùn)行聯(lián)合仿真。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，端口號(hào)設(shè)置為60000。

9.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種計(jì)算波浪能獲取裝置耦合動(dòng)力學(xué)的聯(lián)合仿真方法。所述方法通過(guò)STAR?CCM+與AMEsim這兩個(gè)仿真軟件進(jìn)行協(xié)同仿真，利用STAR?CCM+精確模擬波浪與發(fā)電裝置的流體動(dòng)力學(xué)相互作用，同時(shí)通過(guò)AMESim對(duì)能量轉(zhuǎn)換及發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行建模和計(jì)算，兩者通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和同步運(yùn)行，提高了仿真的集成性和整體精度。

技術(shù)研發(fā)人員：路遙,金桐光,徐建安,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