双体垂荡式波浪能捕获装置是通过浮子和浮体之间的相对垂荡运动而捕获能量,具有原理可靠、结构简单、应用灵活、获能高效等优点。虽然此类装置的概念已被广泛接受,但对其机理的研究仍缺乏系统性与普适性,尤其是受PTO系统影响的两体间相互作用与相对运动规律,目前尚待深入研究。针对以上问题,本文采用理论分析、数值模拟及模型试验等方法对同轴双体波浪能捕获装置进行运动学和动力学分析,对其能量捕获的优化进行全面系统的研究。首先,从世界能源需求、波浪能的特点与价值及波浪能装置的发展情况等三个方面阐述了本文的选题背景与研究意义;从理论分析、数值模拟和模型试验三个方面介绍了双体垂荡波能捕获装置的运动学与动力学分析研究现状;从而确定以同轴双柱体波能捕获装置为研究对象,以运动响应和能量特性为研究内容,通过理论分析、数值模拟及模型试验相结合的方法展开研究。第2章,研究了同轴双圆柱体式波浪能捕获装置的水动力特性。基于势流理论,详细推导了双柱体在波浪中绕射和辐射问题的解析解,得到了其受到的波浪激励力和辐射作用力的解析表达式,基于此对同轴双柱体波能捕获装置的水动力特性分析,分析了附加质量、阻尼系数和波浪激励力在不同浮子和浮体吃水比以及不同浮子和浮体直径比的情况下的变化规律。第3章,研究了同轴双柱体波能捕获装置垂荡自由度相对运动水动力的粘性修正方法。首先介绍了考虑粘性的CFD计算方法的建模与求解;然后通过模型计算,分析了粘性作用的存在性,并从双体相对运动幅值响应、相对运动相位和相对运动功率转换效率三个方面分析了粘性作用对双体装置运动和能量特性的影响,并寻找出了粘性作用影响的特点;基于以上特点,提出了基于自由衰减运动的粘性计算方法,并分析了计算过程中的关键影响因素;拟合了同轴双圆柱体结构的粘性修正公式。第4章,研究了同轴双体波能捕获装置的运动响应与能量转换特性。首先介绍了本章计算的多种结构形式,分别为阻尼板型浮体、流线型浮体和不同底部形状和直径的浮子结构;采用与第三章相同的CFD建模与计算方法,并对新结构形式的模型进行了验证;以波浪参数和PTO阻尼值为关键参量,分析其对同轴双圆柱体波能捕获装置的运动响应及能量转换特性的影响,并进行最优获能分析;对不同结构形式的双体装置能量转换特性进行分析和对比。第5章,对两种结构形式的同轴双体波能捕获装置进行了水池试验。进一步研究了系统的机械特性和波能转换特性,验证了概念的可行性和理论的正确性。着重分析了装置在不规则波况下的运行特性。第6章,研究了同轴双圆柱体波能捕获装置阵列的波能捕获特性。以四组装置组成的方形阵列为研究对象,以装置间距,波浪入射方向为参量分析了阵列捕能特性,并分析了阵列中各个装置的性能表现。着重分析了阵列装置在不规则波况下的运行特性。