2.2　宽频带波能捕获理论

以上的研究是装置水体频率在一个点上的情形。图2.4.1为我国不同海域的海浪谱，为了将各种海浪谱表示在一张图上，对海浪谱进行了归一化。曲线上的任一点都对应频率为的组成波所具有的能量，S（ω）表示频率间隔Δω内的平均能量，单位为m2·s，海浪的总能量由不同频率的组成波所提供，故S（ω）代表海浪能量相对于组成波频率的分布；，表示谱的r阶矩；，表示平均频率。从图中可以看出，波能显著集中在某一频率范围内。所以，高效率的波能捕获装置应当具有捕获海浪谱主要频率范围内能量的特性。

图2.2.1　我国不同海域的海浪谱

波能包括各种频率的能量，其能量频带是一个频率区间，相应地装置的固有频率是一个点，所以只有装置的固有频率与波浪的主频率相等时，装置才有较高的波能捕获效率，即使如此，装置也只是捕获了装置固有频率附近很窄范围的能量。

根据海浪谱在频率上的能量分布，选取频率范围Δfwave内的波能为捕获目标。结合装置频率的计算式（2.1.20），可以看出通过改变装置出口的形状参数α，在不同的出口振幅的情况下，装置水体的振荡频率是变化的，选取装置的出口形状（由α确定），在装置中水体振荡的振幅范围内，必将存在装置水体振荡频率的一个变化范围Δfdevice。为此，提出宽频带波能捕获理论假设如下：首先根据实际海浪谱确定波浪频率的构成范围Δfwave，确定设计波高，选择α的值，使得计算出的水体振荡频率变化范围Δfdevice等于Δfwave，此种情况下装置在Δfwave频带范围内具有较高的波能捕获效率。这一假设是对水力共振波能捕获概念的推广。下一章将通过物理模型试验对这一理论假设进行验证。