占地球表面积71%的海洋中存在波浪能,它以动能和位能的形式蕴藏于水体中,是一种分布广泛、储量丰富的海洋可再生能源。人类开发利用波浪能的活动由来已久,而进入本世纪以来,波浪能利用再一次成为全球范围的研究热点,逐渐形成了以振荡水柱、振荡浮子和越浪等为代表的三大类波浪能利用技术,以及相应的技术示范装备。点吸式波能转换装置（Point-Absorption Wave Energy Converter,PAWEC）属于振荡浮子式波能装置,由于它在海上布置的灵活性、浪向适应性以及能量转换高效性等方面的技术优势,已成为人们广泛关注的波浪能技术。但是,PAWEC在波浪中的运动特性和动力学特性非常复杂,这包括水动力学性能、波能转换特性以及它们之间的匹配,到目前为止,虽然PAWEC技术已有大量的研究,但还有很多基础性或机理性问题尚未很好地解决,需要深入研究,例如:PAWEC动力学特性时域半解析计算方法,时域中PAWEC水动力性能和非线性PTO（Power take off）系统匹配机理,不规则波下PAWEC动力学特性,月池浮子可能发生的共振机理等等。为此,本文以点吸式波能转换装置为对象,发展势流理论PAWEC动力学及其特性的基础性理论及实验研究,为PAWEC的技术发展奠定设计基础。针对点吸式波能转换装置（PAWEC）浮子捕获能量的水动力学问题,本文在势流理论频域和时域分析的框架下,结合振动理论建立波能浮子在波面上的振荡运动模型,基于特征函数展开和匹配（Eigenfunction Expansion-Matching,EEM）的势流理论,在频域中推导了浮子在线性波浪条件下的绕射问题和辐射问题,得到了作用于浮子的波浪载荷、附加质量和辐射阻尼等水动力系数频域半解析表达式;在此基础上采用脉冲响应函数（Impose response function,IRF）的频域转时域方法,获得了 PAWEC的水动力系数时域半解析表达式,由此建立了耦合时域运动控制方程;采用4阶龙格-库塔法（Runge-Kutta Methods,RKM）,得到波能浮子的时域运动和波能转换特性,解决PAWEC动力学特性时域半解析解计算方法。在点吸式波能转换装置（PAWEC）时域分析中,对于单柱浮子点吸式波能转换装置PTO系统阻尼特性的影响机制问题,通常将PTO假设成为线性阻尼系统进行分析而忽略了非线性效应。考虑PAWEC中PTO系统的非线性特征,本文在时域求解中引入非线性PTO系统,研究点吸式波能转换非线性PTO系统的势流半解析求解方法。基于特征函数展开和匹配的势流理论频域解析解和脉冲响应函数的频域转时域数值解,建立非线性PTO耦合运动控制方程,通过迭代非线性PTO系统的特征参数求解运动控制方程,为PAWEC水动力性能和非线性PTO系统匹配提供了时域求解方法。此外,针对长峰不规则波下PAWEC动力学特性分析的问题,采用统计学中的波谱分析方法,选择ISSC波浪谱,基于特征函数展开和匹配的势流理论频域解析解和脉冲响应函数的频域转时域数值解,获得了 PAWEC瞬时运动响应和瞬时俘获宽度比,分析不规则波下PAWEC在不同有义波高和谱峰周期条件下的动力学特性。本论文从点吸式波能转换技术和装备发展的角度出发,应用月池平台结构在波浪中的聚波特性,提出基于月池浮子高效耦合波能吸收装置。从力学角度,月池浮子是一个波浪与月池平台和波能浮子相互耦合作用的水动力学问题,月池平台与波能浮子之间的相对运动、作用力以及能量传递是相互耦合的,甚至可能发生共振现象。这种复杂的耦合系统使得波能浮子的运动响应、载荷特性以及波能转换效率出现了新的不确定性,在学术上需要深入细致的研究和探索。本文结合双自由度振动理论,建立同轴双柱全系统耦合振荡运动模型,通过特征函数展开和匹配的势流理论频域分析和脉冲响应函数法时域分析,发展月池浮子波能装置动力学特性半解析解,分析月池浮子波能装置在波浪中的动力学特性。最后,基于频域和时域两方面研究并给出了月池浮子波能转换装置动力学特性的半解析理论方法,开展月池浮子波能转换装置实验模型的设计和动力学特性的水池试验,进一步研究月池浮子波能转换装置的动力学特性。为了探索月池浮子波能转换的机理特征,本实验分为两大部分:一是无月池的单个浮子试验,二是有月池的月池-浮子耦合试验,月池结构相对于大地是固定的。通过月池浮子波能装置的模型试验,对比分析和研究半解析理论方法的计算结果与水池实验的测量结果,研究月池浮子装置的波能转换特性以及共振特性,为改善月池浮子系统整体的性能奠定技术基础和科学依据。