當海嘯排山倒海而來的時候,幾乎沒有東西能阻擋。但是從牛頓時期就開始的水波研究,zui近有了一個重大的突破――復旦大學昨天宣布,由該校*材料實驗室胡新華教授帶領的課題組與他的合作者研究發現,一個由低頻共振器排成的周期陣列能夠*阻擋住水波,這一阻擋的過程轉化為電能,即便是海嘯也可能變成發電的能源。這項成果發表在物理學領域的*刊物、一期的《物理評論快報》上。
后浪并非比前浪有力
人們總說“長江后浪推前浪”,似乎后浪的“力氣”肯定比前浪大。實際上,波浪從泛起一直到平靜,不管浪花走了多少路,它所包含的能量幾乎不會衰減。也就是說,無論是普通的風浪波還是海嘯的水波,水波的長度周期不會使它的能量減少。
胡新華教授介紹說,水波有兩個特點:一是它是重力作為回復力的一種機械波,也就是說,如果沒有重力,水波是不可能傳播的,這也是為什么太空中不會出現水波,即便是在小小的杯子里,水也一直是平靜的,不會有動蕩的感覺。另一個特點是,水波是在水的表面上傳播。普通的風浪波周期是1秒到25秒,海嘯的波濤周期更長,周期是10分鐘到兩個小時。一般的風浪波是由風吹動水引起的波,而海嘯則是水從海底上升或者從海面卷下來形成了波,并且造成了整個水體都在震動。
人類對水波的研究開始得很早,即牛頓時期。而對海洋能的運用,到現在已經研究了30多年。從1975年開始,科學家們把海浪能的研究作為一個熱門課題,但5年之后,隨著石油價格回落,對海浪能的研究投資出現大幅度下降。但在一些發達國家,仍有不少科研機構在從事這方面的研究。
共振器陣列使海浪動能轉化為電能
胡新華教授和他的合作者研究發現,一個低頻的共振器產生的周期陣列可以*阻擋住往常人們認為不能阻擋的長水波。因為研究結果發現,當水波的頻率在共振器頻率附近時,共振器陣列會*反射水波,并且使共振器上下運動,這種強反射戲劇性地改變了共振器的海浪能吸收效率。
胡新華介紹稱,所謂的共振器,是一種開縫管,它和實心的柱子不同,是空心的,而且在管壁上有一些縫,通過這樣的共振器排成一種陣列,而且在共振器的下方有一些可上下浮動的特殊設備,當水波頻率和共振器頻率相同時,就能地吸收海浪能量,并將機械能轉化成電能。而這些特殊設計的設備未來可用于提取海浪能,成為海浪能發電廠的核心部件。
海浪能的效率是風能的1000倍
相對于我們熟悉的風能來說,海浪能是它的1000倍,因為水的密度是空氣密度的1000倍,所以能量的密集程度也是風力發電的1000倍,海浪能里面的能量密度則更高。但胡新華教授表示,這一領域的缺點是海浪能的測試和研發成本要比風能高很多。
因為海浪的頻度很寬,有各種波長,就像陽光一樣,光線頻譜中既包含可見的部分,這就意味著需要各種頻率的共振器,如果想要利用海嘯的海浪能發電,按照海嘯在遠海中500公里的波長,近海中1到2公里的波長,要阻擋海嘯的話,這個共振器就必須做得非常龐大。
課題組目前已經在部分海域嘗試放置了共振器陣列,發現這個共振器陣列除了可以發電以外,還有另外的效果,就是阻擋海浪后,在這個陣列后面形成一片比較安靜的水域,魚類可在其中迅速地繁殖。不過目前來說,還很難將之用于漁業的發展。
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