本研究探討液態水槽在波浪能源收集系統與海上浮台減震之應用；利用有限差分法及四階Runge-Kutta法，建立的完整非線性二維數值計算模式，來計算矩形水槽與雙自由度之浮台的耦合運動，並分析浮台在不同彈簧參數情況下的反應。當減震系統為一液態式阻尼器(Tuned Liquid Damper)及重量式阻尼器(Tuned Mass Damper)組成時，只要液態水槽之一階共振頻率與外力頻率一樣，即能有效地抵消外力，並利用重量式阻尼器(TMD)消散系統能量，讓浮台的振幅達到最低；此外當外力作用頻率在接近水槽一階共振頻率時，液態水槽與結構物會產生耦合作用，能夠有效減少系統獲得能量並降低晃動。發電系統加入水槽後會產生耦合特徵頻率(Eigenfrequency)，當發電系統受到此特徵頻率作用時，所產生的液態擺盪力會遠大於外力，讓波浪發電系統的位移量達到最大，使得加入水槽之波浪發電系統能夠比無水槽之線性發電機組，平均增加150%的發電能力。

Liquid sloshing in a 2D tank applied on a wave energy capture system and reducing the oscillation of an offshore platform are discussed in this study. A fully nonlinear time-independent finite difference method and the forth-order Runge-Kutta method are implemented to solve the coupled motions of liquid sloshing in a 2D tank with a floating platform. When the external forcing frequency of the Dynamic Vibration Absorber System composed by a tuned liquid damper and a tuned mass damper is identical to the fundamental frequency of the tank, the external force can be effectively diminished by the sloshing-induced force. In the meantime, the maximum effect of tuned mass damper on reducing the amplitude of the floating platform appears. When the frequency of external forcing is close to the first natural frequency of the liquid tank, the coupled effect between the motions of both the tank and the platform can effectively reduce the vibration of the platform and the total energy of the whole system. The Eigenfrequency of a wave capture system is formed by the coupled effect of a liquid tank and a wave capture system. When the excitation frequency of the wave capture system is near its Eigenfrequency, the sloshing-induced force is much larger than that of external and the maximum displacement of the wave energy capture system occurs. As a result, the wave energy capacity of the wave capture system can be averagely increased to 150% by the influence of liquid sloshing in the tank.

論文審定書 i
謝誌 ii
中文摘要 iii
英文摘要 iv
目錄 v
圖目錄 ix
表目錄 xvii
符號說明 xviii
第一章 緒論 1
一、前言 1
二、文獻回顧 3
三、研究目的 7
第二章 台灣海域波浪現象 8
第一節 波浪概論 8
一、波浪分類 8
二、水粒子運動之軌跡 9
第二節 台灣海域波浪現象 11
第三節 台灣海域波浪能量分析 14
一、單位波寬蘊含之功率 14
二、台灣海域波浪能源分布情況 15
第三章 模式簡介與理論分析 18
第一節 計算流場數值模式 18
一、基本假設 18
二、問題描述 19
三、控制方程式 19
四、邊界條件 20
五、座標轉換 23
六、無因次化控制方程式 24
七、計算流場數學模式之優缺點 24
第二節 有限差分數值計算模式 25
一、控制方程之離散化 25
二、數值水槽計算流程 26
三、穩定分析 29
第三節 水平發電系統之運動分析 30
一、理論分析方法 30
二、Runge - Kutta法 32
三、動態系統之數值方法驗證 34
四、動態水槽之數值模式驗證 37
第四章 結果與討論 40
第一節 平推式發電系統的減震分析與應用 42
一、不同種類減震系統的分析與比較 42
二、TMD+TLD系統減震原理之討論 49
三、在不同週期條件下的應用 54
四、平推式發電系統之減震結論 55
第二節 無液態擺盪力之平推式發電系統分析與討論 56
一、發電原理 56
二、阻尼之影響 58
三、改變浮台與滑車比重及自然振動頻率之影響分析 60
四、改變總重量及自然振動頻率之影響分析 63
五、無液態擺盪力之平推式發電系統之結論 66
第三節 有液態擺盪力之平推式發電系統分析與討論 66
一、液態水槽發電系統原理介紹 67
二、加液態水槽發電系統在不同阻尼係數下之分析 71
三、液態水槽發電系統之應用分析 73
四、有液態擺盪力之平推式發電系統之結論 77
第五章 結論與建議 78
一、結論 78
二、建議 79
參考文獻 81
附錄
附錄、A 十種波浪發電系統裝置設計及其專利摘要 83
附錄、B 資料浮標之海氣象觀測資料統計 101
附錄、C 各無因次化控制方程式 105
附錄、D 浮台結構物加入TMD系統及TLD系統後，各週期下之結果 108
附錄、E 改變浮台與滑車比重及自然振動頻率之影響分析 115
附錄、F 變動阻尼值後，各週期下之結果 118

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