當(dāng)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(fù)旦大學(xué)昨天宣布,由該校*材料實(shí)驗(yàn)室胡新華教授帶領(lǐng)的課題組與他的合作者研究發(fā)現(xiàn),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(zhuǎn)化為電能,即便是海嘯也可能變成發(fā)電的能源。這項(xiàng)成果發(fā)表在物理學(xué)領(lǐng)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(shí)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(fēng)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(diǎn):一是它是重力作為回復(fù)力的一種機(jī)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(xiàn)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(diǎn)是,水波是在水的表面上傳播。普通的風(fēng)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(fēng)浪波是由風(fēng)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(yùn)用,到現(xiàn)在已經(jīng)研究了30多年。從1975年開始,科學(xué)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(xiàn)大幅度下降。但在一些發(fā)達(dá)國家,仍有不少科研機(jī)構(gòu)在從事這方面的研究。
共振器陣列使海浪動能轉(zhuǎn)化為電能
胡新華教授和他的合作者研究發(fā)現(xiàn),一個低頻的共振器產(chǎn)生的周期陣列可以*阻擋住往常人們認(rèn)為不能阻擋的長水波。因?yàn)檠芯拷Y(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)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(yùn)動,這種強(qiáng)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(shí)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(shè)備,當(dāng)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(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。而這些特殊設(shè)計(jì)的設(shè)備未來可用于提取海浪能,成為海浪能發(fā)電廠的核心部件。
海浪能的效率是風(fēng)能的1000倍
相對于我們熟悉的風(fēng)能來說,海浪能是它的1000倍,因?yàn)樗拿芏仁强諝饷芏鹊?000倍,所以能量的密集程度也是風(fēng)力發(fā)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(lǐng)域的缺點(diǎn)是海浪能的測試和研發(fā)成本要比風(fēng)能高很多。
因?yàn)楹@说念l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(fā)電,按照海嘯在遠(yuǎn)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(jīng)在部分海域嘗試放置了共振器陣列,發(fā)現(xiàn)這個共振器陣列除了可以發(fā)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(yè)的發(fā)展。
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