带线性涡流制式功率输出（PTO）的多自由度点吸收式波浪能转换器实验与数值验证

《Applied Ocean Research》：Experimental and numerical validation of a multi-DOF point absorber wave energy converter with a linear eddy-current power take-off

　　

研究人员针对配备线性涡流制动式功率输出（Power Take-Off, PTO）的多自由度（Degrees of Freedom, DOF）点吸收式波浪能转换器（Wave Energy Converter, WEC）开展了实验与数值验证研究。在规则波和不规则波条件下，以四种阻尼水平测试了六自由度系泊点吸收式WEC的1:10缩比模型，重点关注横荡失稳（Sway Instability, SIn）行为。结果表明：与不规则海况相比，规则波中的装置响应可能具有误导性；SIn模态受系统峰值响应周期支配，并表现出对PTO阻尼的强烈依赖性。研究人员进一步建立了用于波浪激励纵荡、垂荡和纵摇的简化三自由度线性数值模型，验证了在多数海况下忽略横荡仍具有鲁棒性。该研究为多自由度耦合效应下WEC的动力响应和功率吸收评估提供了实验依据与数值工具。

1. 研究背景与问题

波浪能转换器（WEC）有望助力减缓温室气体排放，但波浪–结构相互作用（WSI）使WEC动力学认知与设计充满挑战。全尺寸部署成本高昂，缩比水池实验在保真度与成本之间提供了重要折中。现有线性电机功率输出（PTO）存在摩擦与齿槽效应，而涡流制动PTO具有阻尼可调、低摩擦、无齿槽等优点。已有研究主要关注规则波下的参数共振（PR），但对不规则波浪中PR行为仍存在知识空白；特别是横荡失稳（SIn）对多自由度（DOF）系泊点吸收式WEC的影响及其对PTO阻尼的依赖关系尚待阐明。为此，研究人员设计了带被动线性涡流制动PTO的1:10缩比Uppsala University WEC，在University of Plymouth COAST实验室海洋盆地开展规则波和不规则波实验，并建立约简三自由度数值模型进行验证。

2. 研究内容与主要技术方法

研究人员开展了六自由度系泊点吸收式WEC在不同波浪条件和阻尼水平下的实验与数值模拟研究。主要技术方法包括：采用Froude缩比准则设计1:10缩比模型；使用Qualisys光学运动捕捉