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大型风力机二维翼型气动性能数值模拟

太阳能学报 2009年第8期30卷 1087-1091页

作者：任年鑫欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 大连理工大学土木水利学院大连116024

运用先进的CFD软件FLUENT对大型风力机的主流商用二维FFA-W3-301和FFA-W3-211翼型的气动性能进行了数值模拟。采用了κ-ωSST湍流模型,并考虑了大入射攻角下失速现象的影响,对κ-ωSST湍流模型的内部关键参数进行了适当的修正,得到的升... 详细信息

运用先进的CFD软件FLUENT对大型风力机的主流商用二维FFA-W3-301和FFA-W3-211翼型的气动性能进行了数值模拟。采用了κ-ωSST湍流模型,并考虑了大入射攻角下失速现象的影响,对κ-ωSST湍流模型的内部关键参数进行了适当的修正,得到的升力系数和阻力系数模拟结果与风洞试验结果吻合很好;同时还进一步研究了这种翼型的升力系数与阻力系数对其表面粗糙度的敏感性,得到了该翼型对小粗糙度敏感性强的结论。综合结果表明,数值模拟技术是大型风力机翼型设计分析便捷有效的参考手段。

关键词：风力机二维翼型升力系数阻力系数 k-ω SST湍流模型粗糙度

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四桨船舶螺旋桨轴承力数值预报研究

船舶力学 2023年第7期27卷 1028-1038页

作者：李想任年鑫孙帅海南大学土木工程学院海口570228 哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

本文基于RANS方法和VOF模型,建立四桨船裸船阻力及自航性能数值预报模型,开展船桨一体数值模拟研究。对比分析内外桨载荷时均值及脉动值的差异,并结合伴流场谐调分析,论述内外桨轴承力差异的原因。研究发现:就载荷均值而言,内桨的轴向... 详细信息

本文基于RANS方法和VOF模型,建立四桨船裸船阻力及自航性能数值预报模型,开展船桨一体数值模拟研究。对比分析内外桨载荷时均值及脉动值的差异,并结合伴流场谐调分析,论述内外桨轴承力差异的原因。研究发现:就载荷均值而言,内桨的轴向载荷分别大于外桨轴向载荷;就载荷脉动值而言,外桨轴向载荷脉动值大于内桨,这是由于桨盘面伴流场各阶谐调分量的差异造成的,在直航工况下,内外桨之间的相互影响较小,相比较而言,外桨工作对内桨性能的影响更大。

关键词：四桨船伴流场轴承力谐调分析

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新型海上浮式风力机概念设计

太阳能学报 2012年第10期33卷 1710-1714页

作者：任年鑫马哲欧进萍哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 大连理工大学土木水利学院大连116024

以美国可再生能源实验室(NREL)研究所选用的5MW海上风力机为主要参考模型,概念性地提出一种新型张力腿-锚缆结合式系泊系统的浮式平台形式。综合考虑顶部风机响应、支撑结构和下部系泊系统的动力耦合作用,参照IEC 61400-3海上风力机设... 详细信息

以美国可再生能源实验室(NREL)研究所选用的5MW海上风力机为主要参考模型,概念性地提出一种新型张力腿-锚缆结合式系泊系统的浮式平台形式。综合考虑顶部风机响应、支撑结构和下部系泊系统的动力耦合作用,参照IEC 61400-3海上风力机设计规范中的典型设计工况,采用数值模拟的手段对新型海上风力机浮式平台进行风浪流联合作用下的时域分析。结果表明,新型张力腿-锚缆结合式系泊系统可很好地保障海上5MW浮式风力机的正常工作性能,其对未来海上浮式风力机的发展具有积极的指导意义。

关键词：海上浮式风力机张力腿.锚缆结合式系泊系统 IEC 61400—3规范风浪流联合作用

台风作用下近海风力机叶片的空气动力载荷研究

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太阳能学报 2016年第2期37卷 322-328页

作者：任年鑫李炜李玉刚大连理工大学深海工程研究中心大连116024 中国电建华东勘测设计研究院有限公司杭州310014

结合2005年0518号台风"Damrey"的实测时程数据,参考美国可再生能源实验室5 MW风力机主要设计参数,重点研究台风作用下近海风力机叶片的空气动力载荷特征。首先,鉴于完整台风实测数据跨越时间较长,且风速和风向变化具有显著的时段特征,... 详细信息

结合2005年0518号台风"Damrey"的实测时程数据,参考美国可再生能源实验室5 MW风力机主要设计参数,重点研究台风作用下近海风力机叶片的空气动力载荷特征。首先,鉴于完整台风实测数据跨越时间较长,且风速和风向变化具有显著的时段特征,因此科学截取一段具有代表性的3 h台风风速-风向时程数据。其次,综合考虑5 MW风力机叶片主要截面翼型设计参数和变速变桨控制系统,基于叶素动量(BEM)理论模拟分析代表性台风时程下风力机叶片的空气动力载荷特征,并将该数值模拟结果与相关简化计算结果进行对比分析,揭示风力机变速变桨控制系统的时滞性对台风作用下叶片空气动力载荷的重要影响。最后,进一步研究风力机停机状态下的叶片台风载荷特征,建议在台风作用下采用主动顺桨叶停机策略,以实现降低叶片气动载荷保证风力机主体结构安全的目的。

关键词：台风实测时程近海风力机叶素动量理论空气动力载荷变速变桨控制

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基于MM5模式的大连近海地区风能资源评估

大连理工大学学报 2012年第1期52卷 85-89页

作者：孙英伟康海贵任年鑫陈兵大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

利用MM5中尺度气象模式和美国国家环境预报中心提供的1°×1°再分析初始场资料,对大连近海地区的风场进行了网格距为3km的高空间分辨率数值模拟,模拟时段为2000年全年.通过对比3个气象站风速的数值结果与站点观测结果,验证了该模式的... 详细信息

利用MM5中尺度气象模式和美国国家环境预报中心提供的1°×1°再分析初始场资料,对大连近海地区的风场进行了网格距为3km的高空间分辨率数值模拟,模拟时段为2000年全年.通过对比3个气象站风速的数值结果与站点观测结果,验证了该模式的有效性.对MM5模式的输出结果进行了后处理,得到了大连近海地区的年平均风速、年平均功率密度和年可利用时间等评估参数的等值线图,对大连市近海风能资源分布情况进行了分析.结果表明,大连近海地区风能资源较为丰富,具有较大的开发价值.

关键词：风场数值模拟 MM5模式近海风能资源

极端台风下停机姿态对海上风力机叶片气动载荷影响

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太阳能学报 2020年第9期41卷 287-292页

作者：任年鑫徐世铮马哲李炜大连理工大学深海工程研究中心大连116024 大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室大连113024 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044 中国水电集团华东勘测设计院杭州310014

基于计算流体力学(CFD)方法,选取美国可再生能源实验室(NREL)5 MW风力机叶片主要设计参数,重点研究台风风速大于切出风速(风力机停机)时,不同台风入射风向及不同叶片停机桨矩角对风力机叶片气动载荷的影响特征,揭示最不利叶片停机姿态... 详细信息

基于计算流体力学(CFD)方法,选取美国可再生能源实验室(NREL)5 MW风力机叶片主要设计参数,重点研究台风风速大于切出风速(风力机停机)时,不同台风入射风向及不同叶片停机桨矩角对风力机叶片气动载荷的影响特征,揭示最不利叶片停机姿态及对应风载系数;进一步对比分析可能出现的最不利叶片变桨故障停机工况与正常顺桨矩停机工况下的风力机气动载荷的特征,提出2种停机姿态下海上风力机最大安全设计风速的对应建议值。

关键词：台风海上风力机气动载荷停机姿态叶片

新型浮式风能-波浪能集成结构系统耦合动力分析

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太阳能学报 2020年第5期41卷 159-165页

作者：任年鑫朱莹马哲周孟然大连理工大学深海工程研究中心大连116024 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024 北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室北京100044

针对中国丰富深水风能和波浪能资源开发的未来需求,提出一种张力腿式风力机与垂荡式波浪能装置相集成的新型浮式结构系统。首先,选取NREL 5 MW风力机模型,基于叶素动量理论(blade element momentum,BEM)方法研究该集成系统风力机叶片的... 详细信息

针对中国丰富深水风能和波浪能资源开发的未来需求,提出一种张力腿式风力机与垂荡式波浪能装置相集成的新型浮式结构系统。首先,选取NREL 5 MW风力机模型,基于叶素动量理论(blade element momentum,BEM)方法研究该集成系统风力机叶片的气动性能,基于势流理论方法模拟分析垂荡式波浪能装置与张力腿平台结构的水动力载荷,并考虑波浪能装置等效PTO(power take-off)系统的多体动力耦合效应,建立新型张力腿式风力机-垂荡式波浪能装置集成结构系统的空气动力与水动力耦合时域分析模型;其次,对比总结不同波浪能装置(PTO)设计参数对集成平台波浪能输出功率的影响规律;最后,重点研究典型最大运行发电海况下该新型浮式集成结构系统的结构动力响应特征及风能-波浪能输出功率特征,并验证其在极端海况下的安全性能。

关键词：海上风力机波浪能转化动力分析多体效应新型浮式

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海上风机单桩支撑结构灌浆连接性能分析

可再生能源 2013年第9期31卷 49-51,57页

作者：李玉刚任年鑫大连理工大学深海工程研究中心辽宁大连116024

填充高强灌浆材料的连接段广泛应用在海上风电场单桩支撑结构上,但是该类结构往往会发生一些无法预测的灾变行为,如过渡段钢管与灌浆材料之间垂向滑移甚至水平张开。引起该现象的主要原因是灌浆连接段的设计几何尺寸以及材料强度并不符... 详细信息

填充高强灌浆材料的连接段广泛应用在海上风电场单桩支撑结构上,但是该类结构往往会发生一些无法预测的灾变行为,如过渡段钢管与灌浆材料之间垂向滑移甚至水平张开。引起该现象的主要原因是灌浆连接段的设计几何尺寸以及材料强度并不符合当前海洋工程规范的适用范围,对灌浆连接段的力学行为理解不充分。文章采用有限元软件ANSYS分析了无剪力键单桩结构灌浆连接段组合结构的相互作用行为,灌浆材料与钢管之间的作用采用非线性接触模型,采用弹塑性和断裂力学模型模拟灌浆材料的非线性行为,最终给出合适的高强灌浆材料连接模拟方法,并分析其性能及失效机制。

关键词：海上风机单桩灌浆连接 ANSYS

A Crashworthy Device Against Ship-OWT Collision and Its Protection Effects on the Tower of Offshore Wind Farms

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China Ocean Engineering 2009年第4期23卷 593-602页

作者：任年鑫欧进萍 School of Civil Engineering Harbin Institute of Technology School of Civil and Hydraulic Engineering Dalian University of Technology

At present, more and more offshore wind farms have been built anti ntnnerous projects are on the drawing tables. Therefore, the study on the safety of collision between ships and offshore wind turbines （OWT） is of great practical signifieance. The present study takes the advantage of the famous LS-DYNA explicit code to simulate the dynamic proeess of the collision between a typical 3MW offshore wind turbine model with monopile fi）undation and a simplified 2000t-class ship model. In the simulation, the added mass effect of the ship, contact nonlinearity of collision, material nonlinearity of steel and aluminum foam and adaptive mesh tectmique for large structure deformation have been taken into considera- tion. Proposed is a crashworthy device for OWF of new conceptual steel sphere shell-cireular ring aluminum foam pad, and the good *** of the device under the conditions of ship-OWT front impact and side impact has been verified from the views of theoretical analysis and numerical results. The new crashworthy device can effectively smooth the contact force and reduce the top structure dynamic response, using its own structure plastic deformation to absorb most of the ship collision enerty. As a result, the main structure of the OWF and the inside key electric control equipments can be saved by scarifying the structural plastic deformation of new sphere crashworthy device. What is more, the sphere configuratiun design of the crashworthy device can effectively guide the ship to run away from the main OWT structure and reduce the damage of the ship and OWT to some degree during side impact.

关键词： offshore wind turbine (OWT) ship collision conceptual crashuorthy device dynamic numerical simulation