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能源是为人类的生产生活提供各种动力的物质资源，是国民经济的重要基础，20世纪爆发的能源危机使得开发利用可再生能源成为大势所趋。在众多可替代能源中，波浪能由于蕴藏总量大、分布范围广，逐渐成为新能源研究过程中的主旋律。振荡水柱式波能装置(Oscillating Water Column, OWC)作为捕获、吸收、转化波能的重要工具和媒介，因其结构简单、耐久性强在波能装置领域占据着举足轻重的地位，但是高昂的建造和维护成本以及差强人意的转换效率，限制了其被大规模的商业化应用。本文以嵌套式振荡水柱波能转换装置为对象，探索OWC波能装置与防波堤结构一体化的结构形式，以期在OWC装置运作过程中提供一种新的共振机制，实现波浪能的聚集的同时，兼具海岸防护的功效，从而提升OWC装置应用过程中的经济性和竞争性。
基于开源计算流体动力学工具箱OpenFOAM，离散求解Navier-Stokes方程，应用VOF法捕捉自由液面，并结合基于势流理论的解析模型和物模试验，验证数值模型在求解波浪与结构物作用过程中的可行性。通过对不同结构配置下的嵌套式振荡水柱装置的波浪反射和透射性能、波能捕获和耗散性能的综合分析，归纳总结了最优的嵌套模型。
首先，针对提出的台阶式潜堤上双垂板透空系统模型，考虑不同几何尺寸的台阶式潜堤，发现合理设计台阶式潜堤长度，充分利用系统的水体共振特性，除了增强嵌套系统的波浪反射、减弱波浪透射，还会加剧双垂板内自由面的振荡，提高系统的波能捕获量。
随后，考虑将对称离岸式OWC波能装置安置于台阶式潜堤上，通过改变台阶式潜堤结构尺寸探究其对嵌套系统的水动力学特性和波能吸收特性的影响，发现存在一个最优的台阶式潜堤相对高度，能极力提升嵌套系统的综合性能；而台阶式长度的变化则会使得波能装置的吸收效率呈现出周期性变化。
最后，对于设计的非对称式OWC装置耦合淹没水平板模型，综合分析各种结构参数的变化对其水力特性和波能吸收特性的影响，发现耦合了2倍气室宽度长度的淹没式水平底板和装置顶部0.65%的开口率，是能显著提升系统功能的相对较优的结构配置；合理的设计OWC装置底部开口可有效促进对波能的捕获和吸收，而水深变化对嵌套式结构的整体性能影响不大。
基于开源计算流体动力学工具箱OpenFOAM，离散求解Navier-Stokes方程，应用VOF法捕捉自由液面，并结合基于势流理论的解析模型和物模试验，验证数值模型在求解波浪与结构物作用过程中的可行性。通过对不同结构配置下的嵌套式振荡水柱装置的波浪反射和透射性能、波能捕获和耗散性能的综合分析，归纳总结了最优的嵌套模型。
首先，针对提出的台阶式潜堤上双垂板透空系统模型，考虑不同几何尺寸的台阶式潜堤，发现合理设计台阶式潜堤长度，充分利用系统的水体共振特性，除了增强嵌套系统的波浪反射、减弱波浪透射，还会加剧双垂板内自由面的振荡，提高系统的波能捕获量。
随后，考虑将对称离岸式OWC波能装置安置于台阶式潜堤上，通过改变台阶式潜堤结构尺寸探究其对嵌套系统的水动力学特性和波能吸收特性的影响，发现存在一个最优的台阶式潜堤相对高度，能极力提升嵌套系统的综合性能；而台阶式长度的变化则会使得波能装置的吸收效率呈现出周期性变化。
最后，对于设计的非对称式OWC装置耦合淹没水平板模型，综合分析各种结构参数的变化对其水力特性和波能吸收特性的影响，发现耦合了2倍气室宽度长度的淹没式水平底板和装置顶部0.65%的开口率，是能显著提升系统功能的相对较优的结构配置；合理的设计OWC装置底部开口可有效促进对波能的捕获和吸收，而水深变化对嵌套式结构的整体性能影响不大。