王廣大 ,毛筱菲 ,2
1武漢理工大學(xué)交通學(xué)院,湖北武漢430063
2高性能艦船技術(shù)教育部重點實驗室,湖北武漢430063
水上機(jī)場助航波能燈浮標(biāo)的波能俘獲優(yōu)化
王廣大1,毛筱菲1,2
1武漢理工大學(xué)交通學(xué)院,湖北武漢430063
2高性能艦船技術(shù)教育部重點實驗室,湖北武漢430063
[目的]為了對水上機(jī)場波能燈浮標(biāo)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化,以工作于沿海水上機(jī)場的陣列式助航波能燈浮標(biāo)為研究對象,提出一種小型陣列式浮標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計方法。[方法]基于三維勢流理論,計算浮標(biāo)的垂蕩運(yùn)動響應(yīng),在滿足最佳能量轉(zhuǎn)換部分(PTO)阻尼匹配的情況下,得到使能量俘獲寬度比最大的浮標(biāo)直徑吃水比和浮標(biāo)間距,然后對單個浮標(biāo)的能量俘獲進(jìn)行短期預(yù)報,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實際海況對陣列式浮標(biāo)的能量俘獲進(jìn)行長期預(yù)報,分別討論浮標(biāo)直徑、吃水和浮標(biāo)間距對陣列式浮標(biāo)能量俘獲的影響。[結(jié)果]結(jié)果表明,當(dāng)單個浮標(biāo)直徑吃水比為2.4~2.6時,能量俘獲寬度比最大;陣列浮標(biāo)間距越小,陣列式助航波能燈浮標(biāo)的能量俘獲寬度比越大。[結(jié)論]所做的工作可為陣列式波浪能發(fā)電裝置的設(shè)計優(yōu)化提供一定的參考和建議。
陣列式浮標(biāo);PTO阻尼;能量俘獲寬度比;水上機(jī)場
水上機(jī)場建設(shè)對于通用航空的發(fā)展有著較為重要的意義。在沿海港灣水上機(jī)場建設(shè)過程中,往往布置有一些具有指示功能的助航燈浮標(biāo),通常分布于港灣航道和機(jī)場跑道的兩側(cè),并且浮標(biāo)之間設(shè)有一定的間距,形成陣列式浮標(biāo),這類浮標(biāo)往往尺度不會太大。處于海域中的燈浮標(biāo)需要從海岸架設(shè)線路來輸送電力,如果將其設(shè)計成振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置,則可以實現(xiàn)燈浮標(biāo)的自發(fā)電功能以供其自身的電力需求,這對水上機(jī)場的建設(shè),尤其是偏僻海域燈浮標(biāo)的電力輸送來說具有重要意義。
振蕩浮子式波浪能轉(zhuǎn)換裝置是采用一個放在水域中的浮子來作為波浪能的吸收載體,然后將浮子吸收的能量通過能量轉(zhuǎn)換部分(Power Take-Off,PTO)轉(zhuǎn)換為電能的能源設(shè)備[1]。振蕩浮子式波能裝置具有建造難度小、效率較高等優(yōu)點,適合大規(guī)模發(fā)電布置,其中陣列式布置是對振蕩浮子式波能裝置的一種有效應(yīng)用。但因大規(guī)模帶來的安裝問題和發(fā)電穩(wěn)定性等問題,導(dǎo)致目前陣列式波浪能發(fā)電裝置的應(yīng)用并不多,但陣列式浮標(biāo)仍然是振蕩浮子式波能裝置的研究趨勢。與單個浮子相比,陣列式布置由于浮子之間存在相互干擾,所以在進(jìn)行數(shù)值模擬分析時往往需要考慮浮子間距對整體能量俘獲的影響。
國內(nèi)外已有很多關(guān)于陣列式波浪能發(fā)電裝置的研究。Ringwood等[2]針對振蕩浮子式波能裝置的整個系統(tǒng),用WAMIT進(jìn)行裝置計算分析,包括浮子外形和PTO的配置在內(nèi),均進(jìn)行了方案優(yōu)化,并討論了浮子布置方式對波浪能俘獲的影響。何光宇等[3]針對一種陣列式波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行水動力分析,討論了尺度和浪向?qū)﹃嚵惺讲ɡ四馨l(fā)電裝置發(fā)電穩(wěn)定性的影響。勾艷芬等[4]對簡易陣列式波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行了試驗研究,證明該裝置在沒有二次轉(zhuǎn)換的情況下仍能保證發(fā)電穩(wěn)定性并提高能量轉(zhuǎn)換效率。顧煜炯等[5]針對一種陣列式波浪能發(fā)電裝置的水動力性能進(jìn)行研究并開展了海上試驗,為進(jìn)一步優(yōu)化裝置提供了基礎(chǔ)??梢钥吹剑F(xiàn)有的振蕩浮子式波浪能發(fā)電裝置多數(shù)是針對較深海域波浪能的俘獲和利用,有著大型化的發(fā)展趨勢且通常僅用于波能發(fā)電,而對于淺海海域,振蕩浮子式波能裝置往往應(yīng)用較少,且由于淺水海域的風(fēng)浪特性,裝置要求小型化的設(shè)計。目前有關(guān)小型化陣列式波浪能發(fā)電裝置的優(yōu)化研究工作較少,本文將首次以工作于淺海海域的水上機(jī)場助航陣列浮標(biāo)為研究對象,對燈浮標(biāo)的波浪能俘獲進(jìn)行優(yōu)化。將浮標(biāo)陣列簡化成原型為振蕩浮子式波能裝置進(jìn)行波能俘獲研究。浮標(biāo)通過垂蕩運(yùn)動俘獲波浪能,經(jīng)能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)化為電能以供其自身發(fā)電?;诠こ淘O(shè)計要求,提出一種能量俘獲的優(yōu)化方法,以能量俘獲寬度比為俘獲能力的指標(biāo),分析浮標(biāo)外形和浮標(biāo)間距對陣列式助航波能燈浮標(biāo)俘獲波浪能的影響,并對能量俘獲寬度比進(jìn)行長期預(yù)報,以實現(xiàn)陣列式助航波能燈浮標(biāo)的能量俘獲最大化,為此類陣列式波能燈浮標(biāo)的進(jìn)一步優(yōu)化和設(shè)計以及水上機(jī)場的建設(shè)研究提供一定的參考。
圖1所示為水上機(jī)場陣列浮標(biāo)分布示意圖。根據(jù)水上機(jī)場建設(shè)要求,要求最小浮標(biāo)間距為10 m,以作為燈浮標(biāo)實際作業(yè)時不發(fā)生碰撞的安全距離。水上機(jī)場所處海域水深為5.5 m,并且波浪條件較為緩和;浮標(biāo)為小型燈浮標(biāo),單個浮標(biāo)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示[6]。浮標(biāo)的基本外形可視為圓柱形,通過連桿與能量轉(zhuǎn)換裝置相連并系泊于海底,采用直接驅(qū)動式發(fā)電機(jī)作為裝置的能量轉(zhuǎn)換部分,浮標(biāo)在波浪中產(chǎn)生垂向運(yùn)動,經(jīng)連桿帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電,產(chǎn)生的電能供自身浮標(biāo)信號燈發(fā)光。
圖1 陣列浮標(biāo)分布示意圖Fig.1 Arrangement of array-buoy
圖2 單個裝置結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic of single wave energy converter
本文主要討論浮標(biāo)垂向運(yùn)動對波浪能的俘獲。浮標(biāo)在波浪中的運(yùn)動基于三維勢流理論求解,浮標(biāo)的垂向運(yùn)動方程為
式中:Z為垂向位移;M為浮體質(zhì)量;Ma為附加質(zhì)量;N為阻尼系數(shù);C為靜水恢復(fù)力項系數(shù);Fw為波浪激勵力。
由于能量轉(zhuǎn)換部分的存在對浮標(biāo)產(chǎn)生了作用力FPTO,由文獻(xiàn)[7-8]可知,當(dāng)直接驅(qū)動式發(fā)電機(jī)作為波能裝置的能量轉(zhuǎn)換部分項時,僅PTO阻尼力對波浪能的轉(zhuǎn)換有貢獻(xiàn),可以作為線性阻尼項處理,則能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)作用于浮標(biāo)的阻尼力為
式中:b1為PTO阻尼系數(shù);ω為頻率。
頻域內(nèi)的垂蕩運(yùn)動方程為
式中:N1為垂蕩阻尼系數(shù);ρ為海水密度;g為重力加速度;Aw為浮標(biāo)水線面面積。令H(ω)為浮標(biāo)垂蕩運(yùn)動頻率響應(yīng)函數(shù),則有
式中:A為入射波波幅;am為垂蕩附加質(zhì)量;R為垂蕩固有阻尼系數(shù)。垂蕩運(yùn)動頻率響應(yīng)函數(shù)可由三維勢流理論計算軟件AQWA進(jìn)行數(shù)值求解。
在研究陣列式波浪能發(fā)電裝置的能量俘獲能力時,引入了能量俘獲寬度比作為衡量波能裝置俘獲波浪能的指標(biāo),以對工作海域的陣列式波浪能發(fā)電裝置能量俘獲進(jìn)行長期預(yù)報。能量俘獲寬度比(CWR)是描述波能裝置能量俘獲效率的重要參數(shù),為浮標(biāo)對能量的俘獲功率與浮標(biāo)寬度內(nèi)波浪輸入功率之比[9]:
式中:P為波浪中裝置的能量俘獲功率;Q為浮標(biāo)寬度內(nèi)波浪輸入的功率;D為浮標(biāo)寬度,即浮標(biāo)的直徑。波浪輸入功率Q是指單位時間內(nèi)穿過垂直于波浪傳播方向的單位寬度截面的能量,根據(jù)線性波理論,波浪能量輸運(yùn)為[9]
式中:vg為波群速度;S(ω)為海浪譜密度;ωi為離散求解時第i個頻率;h為水深。
式中,k為波數(shù)。裝置的能量俘獲功率Pi為[8]
式中,m為波浪頻率總數(shù)。
不同的PTO阻尼對應(yīng)于浮標(biāo)的俘獲功率也不同。由式(5)可以看出,俘獲功率與PTO阻尼系數(shù)b1成線性關(guān)系,與垂蕩運(yùn)動速度呈平方關(guān)系,在求取最佳PTO阻尼系數(shù)時,可通過設(shè)置一系列的PTO阻尼系數(shù)值b1,分別代入浮標(biāo)運(yùn)動方程求解得到垂蕩運(yùn)動速度,代入式(5)得到每個阻尼系數(shù)b1下的能量俘獲功率。對于確定尺度下的浮標(biāo),最佳PTO阻尼系數(shù)往往是一個確定值[8]。圖3給出了浮標(biāo)直徑D=2.8 m,吃水d=1.5 m時能量俘獲功率隨PTO阻尼系數(shù)變化的曲線,其中曲線峰值對應(yīng)的橫坐標(biāo)即為最佳PTO阻尼系數(shù),峰值對應(yīng)的縱坐標(biāo)則為在最佳PTO阻尼下可俘獲的最大功率。
圖3 浮標(biāo)俘獲功率隨PTO阻尼系數(shù)b1變化的曲線(D=2.8 m,d=1.5 m)Fig.3 Variation of power capture with respect to PTO damping coefficientb1when diameter isD=2.8 m and draft is d=1.5 m
陣列式浮標(biāo)長期工作于海域中,要對裝置的能量俘獲進(jìn)行預(yù)報,就必須對海域的長期海況進(jìn)行監(jiān)測和統(tǒng)計,結(jié)合實測海況數(shù)據(jù)或波浪散布圖等進(jìn)行短期和長期預(yù)報。對于單個浮標(biāo)或者陣列浮標(biāo),能量俘獲寬度比的長期預(yù)報可參照如下公式:
式中:pn為各海況出現(xiàn)的概率;CWRn為第n個海況下的能量俘獲寬度比,可由式(5)得到;N為典型海況數(shù)量。
建立如圖4所示的陣列浮標(biāo)優(yōu)化流程。該方法可針對不同的海域,結(jié)合實際海域的海況條件對能量俘獲寬度比進(jìn)行預(yù)報。在優(yōu)化陣列浮標(biāo)時,首先選擇單個浮標(biāo)的外形尺度,分別計算各海況下不同尺度浮標(biāo)的垂蕩運(yùn)動能量俘獲寬度比,對單個浮標(biāo)的能量俘獲進(jìn)行短期預(yù)報,進(jìn)而結(jié)合海域的波浪散布圖或其他實測波浪數(shù)據(jù),對陣列浮標(biāo)的能量俘獲進(jìn)行長期預(yù)報,選出滿足工程需要的最佳尺度,包括直徑和吃水(或直徑吃水比)。
在完成單個浮標(biāo)尺度優(yōu)化的基礎(chǔ)上,對陣列式浮標(biāo)進(jìn)行間距調(diào)整,對陣列式浮標(biāo)的總能量俘獲寬度比進(jìn)行短期和長期預(yù)報,以實現(xiàn)能量俘獲寬度比最大化。
陣列浮標(biāo)的排列方式為5個浮標(biāo)排列。在對單個浮標(biāo)的外形進(jìn)行優(yōu)化時,討論不同直徑吃水比(直徑吃水比D/d=1.2~6.0)下的能量俘獲寬度比,并分別討論直徑和吃水對浮標(biāo)能量俘獲寬度比的影響,得到最佳尺度;在完成單個浮標(biāo)外形優(yōu)化的基礎(chǔ)上,通過分別計算各浮標(biāo)間距(10~14 m)下陣列式波能發(fā)電裝置的能量俘獲寬度比,對比分析得到最佳間距值。其中,直徑吃水比的參數(shù)變化值如表1所示。
工作海域的海況通常以波浪散布圖的形式來表示,需要對常年的海浪數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行實時測量統(tǒng)計,在缺少實際海況實測資料的情況下,也可以采用海域主要成分波浪參數(shù)以及出現(xiàn)的概率來表示。沿海海域的波浪條件較為平穩(wěn),水上機(jī)場一般都選址在風(fēng)浪較小的海域[10]。在表2所示的幾種典型海況下,分別計算裝置的能量俘獲寬度比,并結(jié)合各海況[11]出現(xiàn)的概率進(jìn)行長期預(yù)報。
表2 工作海域海況Table 2 Sea states of work area
在表2所給出的海域海況下,計算各直徑吃水比下浮標(biāo)裝置的能量俘獲寬度比CWR,如圖5所示。從圖中可以看出,在最佳PTO阻尼系數(shù)下,能量俘獲寬度比隨著浮標(biāo)直徑吃水比的增加呈先增大后減小的趨勢,并且在直徑吃水比達(dá)2.4~2.6時能量俘獲寬度比達(dá)到最大。
圖5 能量俘獲寬度比隨直徑吃水比變化的曲線Fig.5 Variation of energy capture width ratio with respect to diameter draft ratio
為了研究浮標(biāo)直徑對能量俘獲寬度比的影響,對吃水d=1 m時不同直徑下的俘獲功率P進(jìn)行計算,俘獲功率隨PTO阻尼系數(shù)b1變化的曲線如圖6所示。從圖6可以看到,直徑越大的浮標(biāo)對應(yīng)的最佳PTO阻尼系數(shù)越大,在保證最佳PTO阻尼系數(shù)的情況下,浮標(biāo)的總俘獲功率也越大。
圖6 吃水為1.0 m時不同直徑尺度下俘獲功率隨阻尼系數(shù)b1的變化曲線Fig.6 Variation of power capture with respect to PTO damping coefficientb1in different diameters when draft d=1.0 m
圖7所示為在滿足最佳PTO阻尼系數(shù)的情況下,當(dāng)吃水d=1 m時不同直徑浮標(biāo)的能量俘獲寬度比隨外界波浪周期T的變化曲線。圖中的曲線峰值表示在該尺寸下,浮標(biāo)在峰值對應(yīng)的波浪周期下可以實現(xiàn)的最大的波浪能吸收。不同直徑的浮標(biāo),其峰值會隨直徑的減小而減小。通過對能量俘獲寬度比的短期預(yù)報可以看出,當(dāng)外界波浪周期T>3 s時,裝置的直徑尺度越大,能量俘獲寬度比越大。而在波浪周期T<3 s時,直徑小的浮標(biāo)對波浪能的俘獲要稍大一些。
圖7 吃水為1.0 m時不同直徑尺度下能量俘獲寬度比隨外界波浪周期的變化曲線Fig.7 Variation of energy capture width ratio with respect to wave period in different diameters when draft d=1.0 m
結(jié)合圖6和圖7可以看出:對于小直徑尺度下的浮標(biāo),俘獲能量的高低主要依靠最佳PTO阻尼系數(shù)的大小,即在式(8)中,PTO阻尼系數(shù)b1占主導(dǎo)作用。在保證同一吃水下,直徑越大的浮標(biāo)其能量俘獲效率越高。
同樣,對直徑D=4 m時不同吃水下的浮標(biāo)俘獲功率P進(jìn)行計算。俘獲功率隨PTO阻尼系數(shù)b1變化的曲線如圖8所示。從圖8中可以看出,吃水越大的浮標(biāo)對應(yīng)的最佳PTO阻尼系數(shù)越小,在保證最佳PTO阻尼系數(shù)的情況下浮標(biāo)總俘獲功率也越小。圖9所示為在滿足最佳PTO阻尼系數(shù)的情況下,直徑D=4 m時不同吃水浮標(biāo)的能量俘獲寬度比隨外界波浪周期T的變化曲線。對于不同吃水深度的浮標(biāo),其峰值隨吃水的增加而增加。通過對能量俘獲寬度比的短期預(yù)報可以看出:當(dāng)外界波浪周期T=4.2~6 s時,吃水越大,能量俘獲寬度比越大。而對于如沿海這種波浪條件較為平緩的情況(周期T<4 s時),小吃水對能量俘獲來說反而有利。
圖8 不同吃水下俘獲功率隨阻尼b1變化的曲線(D=4 m)Fig.8 Variation of power capture with respect to PTO damping coefficientb1in different drafts when diameter D=4.0 m
圖9 不同吃水下能量俘獲寬度比隨外界波浪周期變化的曲線(D=4 m)Fig.9 Variation of energy capture width ratio with respect to wave period in different drafts when diameter D=4.0 m
結(jié)合圖8和圖9可知,在外界波浪周期T<4 s或T>6 s的情況下,在同一直徑下,最佳PTO阻尼系數(shù)還是占據(jù)主導(dǎo)地位,但在外界波浪周期T<4 s的情況下,在式(8)中,作為平方項的垂蕩速度部分影響較大。
圖10所示為陣列式波能發(fā)電裝置中的各浮標(biāo)(圖1中所示浮標(biāo)號)在表2所示工作海域海況條件下能量俘獲寬度比隨浮標(biāo)間距的變化曲線。從中可以看出:在該海域海況條件下,3號裝置的俘獲寬度比是隨浮標(biāo)間距的增加而增大;而其余浮標(biāo)則是呈先下降后上升的趨勢,其中2號裝置在浮標(biāo)間距為13.0 m時俘獲寬度比達(dá)到最小,1號裝置在浮標(biāo)間距為12.0 m時達(dá)到最小,4號和5號裝置的俘獲寬度比在浮標(biāo)間距為12~13 m時存在最小值,而最大值則均在浮標(biāo)間距為10.0 m時。
圖10 每個浮標(biāo)的能量俘獲寬度比隨浮標(biāo)間距的變化曲線Fig.10 Variation of energy capture width ratio of each buoy with respect to distance between array-buoy
圖11所示為陣列式浮標(biāo)的總能量俘獲寬度比隨浮標(biāo)間距的變化曲線。從中可以看出,在該海域海況下,隨著浮標(biāo)間距的增加,陣列浮標(biāo)的總能量俘獲寬度比呈先下降后上升的趨勢,且最小值出現(xiàn)在浮標(biāo)間距為12~13 m之間。在浮標(biāo)間距為10~12 m時,為了保證俘獲寬度比最大,浮標(biāo)間距越小越好,即浮標(biāo)間距越小,浮標(biāo)之間的相互作用越明顯,對能量俘獲越有利。對能量俘獲寬度比的計算是基于表2所示工作海域的現(xiàn)有海況下得到的,海況條件不同,俘獲能力最高的浮標(biāo)間距也不一樣。
圖11 陣列式浮標(biāo)的總能量俘獲寬度比隨浮標(biāo)間距的變化曲線Fig.11 Variation of total energy capture width ratio of array-buoy with respect to distance between buoy
本文對一種應(yīng)用于水上機(jī)場海域的助航波能浮標(biāo)的水動力設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化,分別討論了浮標(biāo)直徑和吃水以及浮標(biāo)間距對浮標(biāo)能量俘獲大小的影響,為陣列式波能發(fā)電裝置的設(shè)計和優(yōu)化提供了參考,對水上機(jī)場建設(shè)中燈浮標(biāo)設(shè)計具有一定的參考意義。文章主要得到以下結(jié)論:
1)為實現(xiàn)能量俘獲的最大化,浮標(biāo)的最佳直徑吃水比應(yīng)為在2.4~2.6之間(由于直徑和吃水會隨不同工程的要求尺寸設(shè)置不同,故本文給出的直徑吃水比在進(jìn)行燈浮標(biāo)設(shè)計時可以作為參考),并且在滿足水上機(jī)場建設(shè)的工程要求基礎(chǔ)上,陣列燈浮標(biāo)間距為10 m時能量俘獲最佳。
2)對單個浮標(biāo)而言,浮標(biāo)的直徑越大,對應(yīng)的最佳PTO阻尼系數(shù)值越大,俘獲效率越高;浮標(biāo)吃水越大,對應(yīng)的最佳PTO阻尼系數(shù)越小。沿海海域的波浪主要為短波,波浪周期較小,而吃水較小的浮標(biāo)的能量俘獲寬度比反而更高。
3)對陣列式浮標(biāo)發(fā)電裝置而言,浮標(biāo)間距越小,浮標(biāo)間的相互作用對垂蕩運(yùn)動的影響反而較為明顯,且對能量俘獲有利。陣列式浮標(biāo)用于水上機(jī)場時,在滿足工程要求的基礎(chǔ)上,浮標(biāo)間距為10 m時陣列式浮標(biāo)的能量俘獲寬度比最大。
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Optimization of wave energy capture of wave-powered navigational lighting buoys of seadromes
WANG Guangda1,MAO Xiaofei1,2
1 School of Transportation,Wuhan University of Technology,Wuhan 430063,China
2 Key Laboratory of High Performance Ship Technology of Ministry of Education,Wuhan 430063,China
[Objectives]This paper proposes an optimized design for wave-power navigational lighting buoys of seadromes.[Methods]Based on the theory of three-dimensional potential flow,the buoyant motion response of a buoy is calculated.A type of array of wave-power navigational lighting buoys located in an offshore seadrome is proposed,and a procedure for the design optimization of its component buoys is presented.Matching the best Power Take-Off(PTO) damping,the diameter to draft ratio and array distance with the best energy capture width ratio are acquired,and the energy capture for the short-term forecast of the buoy array is accomplished.On this basis,combined with the actual sea conditions,energy capture for the long-term forecast of an individual buoy is accomplished.The influence of the buoy diameter,buoy draft and array distance on the energy capture width ratio is discussed.[Results]The results show that the energy capture width ratio is at its greatest when the diameter to draft ratio is between 2.4-2.6;the smaller the distance between array buoys,the greater the energy capture width of each buoy.[Conclusions]The results can provide a reference and suggestions for the optimization of the design of wave energy generation for arrays buoy.
array buoy ;PTO damping;energy capture width ratio;seadrome
P743.2
A
10.3969/j.issn.1673-3185.2017.06.003
http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20171128.1112.026.html期刊網(wǎng)址:www.ship-research.com
王廣大,毛筱菲.水上機(jī)場助航波能燈浮標(biāo)的波能俘獲優(yōu)化[J].中國艦船研究,2017,12(6):15-21.
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2017-05-11 < class="emphasis_bold"> 網(wǎng)絡(luò)出版時間:
時間:2017-11-28 11:12
國家科技支撐計劃課題(2014BAC01B02)
王廣大,男,1992年生,碩士生。研究方向:船舶與海洋工程水動力性能。
E-mail:1014119127@qq.com
毛筱菲(通信作者),女,1962年生,教授。研究方向:船舶與海洋工程水動力性能