1。2涡激振动发电原理 

许多年来，涡激振动被视作一种有害现象，在如桥梁、烟囱、海洋结构等工程领域，如图1-1，因为流体通过结构物出现的涡激振动现象，会导致结构物出现疲劳破坏，应避免或减弱该现象的发生。利用涡激振动进行发电，是对涡激振动研究的反向探索，将更多的海流能转换为电能，因此，需要对涡激振动的基本原理进行探讨。

图1-1：涡激振动下损坏的桥梁

涡激振动是属于流固耦合现象，流体通过结构时，由于粘性作用和柱体表面粗糙度等因素产生的阻滞效应，在雷诺数较大时（流体惯性力很大），边界层会在结构径向位置最大的地方脱离圆柱体表面，圆柱体表面脱离点的剪切层速度等于零，之后剪切层中在靠近结构的内层速度方向与来流速度方向相反，因为剪切层内层速度小于剪切层外层速度，便会导致漩涡的产生以及结构两侧开始交替泻涡，如图1-2。交替脱离的泻涡又会导致在结构上沿顺流向及横流向发生周期性变化的脉动压力。若柱体是被弹性支撑的，或者属于柔性柱体允许发生弹性变形，那么，脉动压力将会使柱体周期性地振动，这种柱体发生振动反过来又会影响其尾流的泻涡脱离形态的流固相互作用的问题，被称作“涡激振动”。

图1-2交替泻涡示意图

当泻涡频率的变化数值靠近柱体的固有频率时，在一定流速、流域环境下，泻涡频率会受到结构振动的影响，使得泻涡频率保持在结构固有频率的附近，这个现象本文称作“频率锁定（Lock-in）”。此时结构的振幅会变大，升力也变大，从而导致柱体的剧烈振动，同时促进海流能装置捕获更多的可再生能量。一般海洋工程中圆柱体是主要形式，所以对圆截面的柱体研究比较深入，为了对涡激振动原理有更深的理解，从而促进捕获效率的提高，本文有必要对不同截面形状的柱体进行探究。[2]

涡激振动的研究是海流能捕获效率的一部分，还存在其它因素的影响。本文需要对此种发电原理进行简单的阐述。海流能捕获装置是一种利用涡激振动效应的发电装置，是一种能量转换收集装置。当海水流过振动体时，在一定条件下引发振动体进行涡激振动，使海流能中的机械能转化为振动体的动能，然后振动体的动能传递给发电机，发电机包括静止的定子和运动的动子，振动体的动能转化为动子的机械能，基于电磁感应定律，切割磁感线而产生电能，最后再将电能加以储存。[3]

1。3国内外研究现状

1。4研究内容和研究方法

在研究涡激振动问题时，本文会把流体和结构弹性系统作为一个整体进行考虑，并努力找到这两者的耦合条件，是本文解决这个问题的关键点。在整个涡激振动的过程中，流体对结构的动压力是一种作用于结构弹性系统的外加载荷，流体的动压力作用会改变结构弹性系统的振动位移、速度和加速度，同时，结构弹性系统也会对流体产生作用。这种相互作用是流体与结构弹性系统在惯性、阻尼和弹性诸方面的耦合现象。

本论文研究内容主要分为以下四个部分：

第一章主要介绍本文选题的背景及意义，简要描述了涡激振动基本原理和发电机理[15]，并且叙述了国内外的发展现状及研究进展。

第二章阐述了涡激振动捕获海流能效率原理。本章介绍了获能基本原理和基本相关影响参数，通过推导得出海流能捕获效率的计算方法。

第三章建立不同截面柱体的二维模型，进行双向流固耦合数值模拟计算[8]，比较分析不同截面下柱体涡激振动的响应情况，对结果进行讨论分析。