大型垂直轴风力机气动特性及其浮式基础的水动力特性分析

作     者：吴国强 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周岱

授予年度：2018年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：大型垂直轴风力机 剪切效应 气动特性 半潜式浮式基础 水动力特性 

摘      要：海上浮式风电是新能源开发利用的重要方向。相较于水平轴风力机,垂直轴风力机以无复杂的偏航对风系统,发电设备位于塔筒底部,制造工艺简单,运维方便,噪音污染小等独特优势备受青睐。本文以5MW大型垂直轴风力机及其半潜式浮式基础为研究对象,考虑空气流动的剪切效应,以海洋环境风速廓线为数值风洞入口边界条件,基于STAR-CCM+软件平台,采用CFD方法对5MW垂直轴风力机进行气动特性研究。通过功率系数、切向力系数、法向力系数和叶片表面压力系数等分析剪切流和均匀流的差异;针对有无塔筒的风力机模型,研究塔影效应对大型垂直轴风力机发电功率的影响;通过改变塔筒直径,以转矩系数、叶片表面风压分布变化规律和速度涡结构云图揭示塔筒大小对塔影效应的影响。基于势流理论,采用ANSYS/AQWA软件,以DeepCWind半潜式浮式基础为对象,针对上部垂直轴风力机处于停机状态工况,研究在不同入射角和不同锚链长度下浮式基础的纵荡、纵摇的变化,以系泊力和系泊刚度角度分析锚链张力、卧链长度的变化。对半潜式浮式基础施加周期性外部转矩载荷,研究外部转矩对浮式基础纵荡、纵摇和艏摇运动的影响。