ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Основы преобразования энергии волн

Огромные количества энергии можно получить от морских волн. Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют длиннопериодные ( Т 10 с) большой амплитуды ( а 2 м), позволяющие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.

Наибольшее число волновых энергетических устройств разрабатывается для извлечения энергии из волн на глубокой воде. Это наиболее общий тип волн, существующий при условии, что средняя глубина моря D превышает величину половины длины волны λ / 2 .

Поверхностные волны на глубокой воде имеют следующие основные характерные особенности:

· волны являются неразрушающимися синусоидальными с нерегулярной длиной, фазой и направлением прихода;

· движение каждой частицы жидкости в волне является круговым (в то время как изменяющиеся очертания волн свидетельствуют о распространении волнового движения, сами по себе частицы не связаны с этим движением и не перемещаются в его направлении);

· амплитуда движения частиц жидкости экспоненциально уменьшается с глубиной.

· существенно, что амплитуда волны а не зависит от ее длины λ, скорости распространения c, периода T, а зависит лишь от характера предшествовавшего взаимодействия ветра с морской поверхностью.

В волнах на глубокой воде нет поступательного движения жидкости. В подповерхностном слое жидкости ее частицы совершают круговое движение с радиусом орбиты a, равным амплитуде волны (рис. 8.2). Высота волны H от вершины гребня до основания равна ее удвоенной амплитуде ( Н = 2а ). Угловая скорость движения частиц w измеряется в радианах в секунду. Изменение формы волновой поверхности таково, что наблюдается поступательное движение, хотя сама вода не перемещается в направлении распространения волны (слева направо). Это кажущееся перемещение есть результат наблюдения фаз смещения последовательно расположенных частиц жидкости; как только одна частица в гребне опускается, другая занимает ее место, обеспечивая сохранение формы гребня и распространение волнового движения вперед.

Основы преобразования энергии волн

Рисунок 8.2 ­– Характеристики волны

Соотношение, устанавливающее зависимость между частотой и длиной для поверхностной волны на глубокой воде

Основы преобразования энергии волн.

(8.1)

Период движения волны

Основы преобразования энергии волн.

(8.2)

Скорость частицы жидкости в гребне волны

Основы преобразования энергии волн.

(8.3)

Скорость перемещения поверхности волны в направлении x определится как

Основы преобразования энергии волн.

(8.4)

Скорость c называют фазовой скоростью распространения волн, создаваемых на поверхности жидкости. Эта величина не зависит от амплитуды волны и неявным образом связана со скоростью движения частиц жидкости в волне.

Полная кинетическая энергия на единицу ширины волнового фронта и единицу длины вдоль направления распространения волны равна

Основы преобразования энергии волн.

(8.5)

Нормированная потенциальная энергия волны равна в точности такой же величине

Основы преобразования энергии волн.

(8.6)

Полная энергия на единицу площади поверхности волны равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Основы преобразования энергии волн.

(8.7)

Выражение для энергии на единицу ширины волнового фронта и на единицу длины волны вдоль направления его распространения запишется в виде

Основы преобразования энергии волн.

(8.8)

Подставим λ из (1.1)

Основы преобразования энергии волн,

(8.9)

что с учетом (8.2)

Основы преобразования энергии волн.

(8.10)

Выражение для мощности, переносимой в направлении распространения волны на единицу ширины волнового фронта, имеет вид

Основы преобразования энергии волн.

(8.11)

С учетом (8.7) и (8.11) мощность P равна полной энергии (кинетическая + потенциальная) E в волне на единицу площади поверхности, умноженной на величину Основы преобразования энергии волн– групповую скорость волн на глубокой воде, с которой волны переносят энергию. С учетом выражения для групповой скорости

Основы преобразования энергии волн.

(8.12)

Различие между групповой и волновой (фазовой) скоростями является общим для любых волновых процессов, для которых фазовая скорость зависит от длины волны (дисперсия).

Подставляя в (8.11) фазовую скорость в виде (1.4), получаем соотношение

Основы преобразования энергии волн.

(8.13)

Следовательно, мощность, переносимая волнами, увеличивается прямо пропорционально квадрату амплитуды и периоду. Именно поэтому для специалистов по океанской энергетике особенно привлекательны длиннопериодные волны, обладающие значительной амплитудой.

На практике волны оказываются совсем не такими идеализированно синусоидальными, как это подразумевалось выше. Обычно в море наблюдаются нерегулярные волны с переменными частотой, направлением и амплитудой. Поскольку результирующее волнение чаще всего нельзя представить суммой волн, действующих в одном направлении, то мощность, извлекаемая преобразователями направленного действия, будет значительно ниже той, которую переносят волны.

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Турбокомпрессорные геотермальные энергоустановки

При генерации пара в газовом потоке вода охлаждается до температуры термодинамического равновесия, которая значительно ниже температуры насыщения при том самом давлении среды. Это дает возможность существенно повысить температурный перепад воды, …

ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И ВТОРИЧНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

опливного “голода”, а также глобальное загрязнение окружающей среды и тот факт, что прирост потребности в энергии значительно опережает прирост ее производства, вынуждает многие страны с новых позиций обратить внимание на …

Типы теплонасосных установок и область их применения

Теплонасосные установки классифицируют по принципу работы и видом греющего теплоносителя. По принципу работы различают компрессионные (воздушные и парокомпрессорные), сорбционные (абсорбционные), а также струйные (эжекторные) ТНУ. Парокомпрессорная ТНУ сравнительно с воздушной …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.