近期，河海大学计算力学与工程安全研究团队在小型波浪能发电装置的数值建模与能量转换利用方面取得重要进展，相关研究以“SPH modeling and experimental validation on power performance and dynamic response of a novel swing-wing wave energy converter”为题发表在能源领域顶级期刊《Energy Conversion and Management》（中科院一区Top期刊，影响因子：9.9）。

研究简介：

海洋无人航行器被广泛应用于军事和民用领域，能源供给不足是限制其发展的一大原因，目前大部分海洋无人航行器通过外接电缆或搭载电池供电，这使得其工作范围、续航能力和负载能力受到电缆长度或电池储能容量的限制。为了解决这个问题，本工作提出了一种利用波浪能发电的摆翼式波浪能发电装置（swing-wing wave energy converter， SW-WEC）的概念设计并开展了数值与实验研究。针对传统数值方法在处理波浪-结构强非线性相互作用存在的问题，结合光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH）与Chrono创新性地建立了波浪与SW-WEC相互作用的水动力模型，并根据水动力模型指导设计了SW-WEC实物模型并开展了水池实验。波浪传播及SW-WEC运动响应数值结果与实验数据高度一致性，成功验证了模型的准确性。在此基础上，进一步研究了波浪参数及SW-WEC的PTO（Power Take-Off）阻尼对其发电性能的影响，揭示了在不同波浪环境中SW-WEC发电功率与发电效率的变化规律及特定波浪环境中的最优PTO阻尼值。本研究为SW-WEC提供了一种新颖且有效的建模分析方法，并为其结构优化设计提供了指导。

本研究由河海大学计算力学与工程安全研究团队与北京航空航天大学邓志诚老师团队合作完成。团队博士生刘凯为第一作者，团队学术带头人黄丹教授和团队优秀博士、博后陈丁（现任福州大学副教授）及北京航空航天大学邓志诚老师为共同通讯作者。论文其他合作者包括团队青年教师徐凯龙、博士生姚学昊和信玉岩，及北京航空航天大学硕士生梁潘。本研究得到了国家自然科学基金项目及江苏省青蓝工程项目的资助。

图：SPH与Chrono的耦合流程图

图：波浪水池实验布置及波浪环境下SW-WEC运动过程图

图：波面高程的实验和SPH结果对比

图：SW-WEC运动角速度的实验和SPH结果对比

撰稿：刘凯

审核：周广得