检索结果-南通市图书馆

作者：张举明山东交通学院

学位级别：硕士

新能源的开发一直是世界各国能源技术研究的重点,风能凭借其清洁可再生等诸多优点,成为新能源开发的重要方向之一。深海海域优质风能资源极其丰富,为了更好地开发海上风电资源,各国学者展开了对海上浮式风力机的研究。其中Spar型浮式风... 详细信息

新能源的开发一直是世界各国能源技术研究的重点,风能凭借其清洁可再生等诸多优点,成为新能源开发的重要方向之一。深海海域优质风能资源极其丰富,为了更好地开发海上风电资源,各国学者展开了对海上浮式风力机的研究。其中Spar型浮式风力机因其适合的水域深度大、耐受恶劣海况能力强、成本较低等特点,而备受学者关注。但由于Spar型浮式风力机的基础结构为圆柱结构,此类型结构在海流经过时,会在其后方产生交替脱落的漩涡,漩涡的脱落会对基础结构产生周期性的脉动力,从而引发Spar型浮式风力机基础结构的涡激运动。在脉动力频率与浮式风力机系统固有频率接近时,会发生频率锁定造成大幅位移,大幅值涡激运动位移会缩短基础结构和系泊系统的疲劳寿命。因此,对Spar型浮式基础结构涡激运动的研究具有重要的理论意义和工程价值。本文采用计算流体力学(CFD)数值模拟的方法对Spar型浮式风力机基础结构涡激运动特性展开研究。数值模拟过程中把运动系统简化为质量(m)-弹簧(k)-阻尼(ζ)系统,并利用自定义函数(UDF)编写运动方程,嵌入Fluent求解器中,结合重叠网格技术实现流固耦合。从涡激运动响应幅值、频率比、位移、流场形态等多个方面,对Spar型浮式风力机基础结构涡激运动特性进行分析。在对Spar型浮式风力机基础涡激运动分析之前,首先对三维圆柱的绕流及涡激运动特性展开研究。对三维圆柱绕流进行数值模拟,研究了雷诺数在4900～60000时,圆柱升阻力系数的变化情况,并对升力系数进行快速傅里叶变换,分析了圆柱绕流的涡脱频率,发现随流速的增大圆柱涡脱频率呈线性增大。随后对流场进行分析,再现了经典的卡门涡街现象,但在不同高度截面处,流线图出现明显差异,表现出三维特性。接着进行三维圆柱涡激运动进行数值模拟,分析了圆柱涡激运动的响应幅值、频率比和运动轨迹,发现在Ur=5.28～11.88时,涡激运动进入锁定区间,此时频率比为1,响应幅值较大,并且发现圆柱涡激运动的运动轨迹为“8”字形。将数值模拟结果与经典试验结果对比,验证了本文数值模拟方法的可靠性。应用上述方法对Spar型浮式风力机基础结构的绕流和涡激运动进行研究。本文对Spar型浮式风力机基础结构进行了1:100的缩尺,采用缩尺模型进行数值模拟。对其涡激运动进行数值模拟后发现,质量比为1的低阻尼Spar型浮式风力机基础结构在Ur=9.18～13.25时,涡激运动响应进入锁定区间,频率比保持在1附近,涡激运动横荡响应幅值最大可达2.3D,纵荡响应幅值最大可达1D。此阶段的运动轨迹同样表现为“8”字形。涡激运动的抑制同样是本文的研究重点。本文通过在Spar型浮式风力机基础结构的表面加装螺旋侧板的方法抑制涡激运动。设置了15种不同参数的螺旋侧板,分析不同螺旋侧板的抑制效果。发现其中螺距比P/D=5、高度H=0.15D的螺旋侧板加装在Spar型浮式风力机基础结构上抑制涡激运动效果最好。综上所述,本文通过数值模拟的方法,对Spar型浮式风力机基础结构涡激运动特性展开了深入研究,并给出了抑制涡激运动效果较好的螺旋侧板参数,为后续的相关理论研究及工程设计提供一定的理论依据和技术支持。

关键词： Spar 风力机浮式基础结构涡激运动计算流体力学

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半潜浮式风机的动力响应分析

引用

造船技术 2022年第3期50卷 42-48页

作者：张培智江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

OC4半潜浮式风机综合性能较好,但其浮式基础结构质量和结构复杂性使其建造成本高昂,而WindFloat半潜浮式风机浮式基础具有结构简单、建造成本低和减摇效果好等优点,但是适应水深较小且只适合特定海域。结合OC4和WindFloat半潜浮式风机... 详细信息

OC4半潜浮式风机综合性能较好,但其浮式基础结构质量和结构复杂性使其建造成本高昂,而WindFloat半潜浮式风机浮式基础具有结构简单、建造成本低和减摇效果好等优点,但是适应水深较小且只适合特定海域。结合OC4和WindFloat半潜浮式风机浮式基础的结构特点,针对200 m水深环境设计OC4-WindFloat半潜浮式风机基础。基于叶素理论、莫里森公式和势流理论,通过有限元软件对OC4-WindFloat半潜浮式风机的固有周期及风浪联合作用下的动态响应进行耦合分析,并与OC4半潜浮式风机结果进行对比研究。结果显示,OC4-WindFloat半潜浮式风机固有周期及动态响应均满足相关规定,且具有比OC4更低的建造成本,相比WindFloat可适用更深的海域。研究结果对于浮式基础型式研究有一定的指导意义。

关键词：半潜浮式风机浮式基础结构固有周期动态响应

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