振荡水柱与动力输出系统耦合作用下的水动力性能实验研究：基于威尔斯涡轮的能量转换机制

本研究通过物理模型实验，探究了采用圆形底部轮廓的振荡水柱（OWC）在威尔斯涡轮（Wells turbine）阻尼作用下的能量转换效率。文章系统分析了水柱垂直运动、腔室压差、气流速度等关键参数，揭示了波长对OWC水动力性能（如波能吸收效率、机械功率输出）的调控作用，为海洋波浪能装置的优化设计提供了实验依据。

　　

实验测试设施

实验在印度理工学院孟买分校的浅水波流水槽（长50米×深1米×宽1米）中进行，采用活塞式造波机生成规则波，两端设置人工沙滩吸收波浪。

结果与讨论

研究发现：

1. 波长是调控OWC水动力参数的核心因素，圆形底部设计显著提升了水柱垂直运动；

2. 前置圆柱形导流结构有效降低流动湍流，使波放大因子在波长/腔室长度比（L_w/L_c）为2.5时达到峰值1.8；

3. 威尔斯涡轮（锥度比2.0）在中等波高（H=0.12m）下实现最高机械功率转换效率23%；

4. 腔室内外压差与气流速度呈非线性关系，证实PTO阻尼对能量捕获的调控作用。

结论

该OWC系统通过几何优化和PTO耦合设计，同步实现波浪能吸收（最高效率58%）与机械能转换，为海岸防护-能源一体化装置开发提供了新思路。