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南京航空航天大学学报 2015年第4期47卷 595-601页

作者：柯世堂胡丰曹九发王同光南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室南京210016

针对漂浮式海上风力机全机结构的动力特性问题,以某3 MW漂浮式海上风力机系统为例,基于有限元方法分析了系统自振频率和振型的分布特征,并进行漂浮式海上风力机全机自振特性的参数分析,最后给出全机结构基频和倾覆频率的计算公式。分析... 详细信息

针对漂浮式海上风力机全机结构的动力特性问题,以某3 MW漂浮式海上风力机系统为例,基于有限元方法分析了系统自振频率和振型的分布特征,并进行漂浮式海上风力机全机自振特性的参数分析,最后给出全机结构基频和倾覆频率的计算公式。分析表明,漂浮式海上风力机系统自振频率非常低且分布密集。系统基频与拉索锚固深度以及叶片长度呈线性递减关系,与浮筒半径呈反比,与拉索的总截面面积以及塔架高度呈二次曲线关系。倾覆频率与参数的关系则牵涉高次项,较上述关系更为复杂。文中给出的拟合公式计算值与有限元值吻合较好,说明其在预测漂浮式海上风力机系统自振频率方面具有较高可信度。

关键词：漂浮式海上风力机有限元方法自振频率参数分析拟合公式

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漂浮式海上风力机动态响应及气动特性研究

漂浮式海上风力机动态响应及气动特性研究

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作者：李盼雨东北电力大学

学位级别：硕士

在“碳达峰、碳中和”的背景下,社会对于绿色能源的需求日益增长,风能作为绿色环保可再生能源一直受到人们的关注。随着风力发电技术的不断进步,风力机逐渐向容量更大、效率更高的方向发展。海上风电可以解决陆上空间不足的问题,同时海... 详细信息

在“碳达峰、碳中和”的背景下,社会对于绿色能源的需求日益增长,风能作为绿色环保可再生能源一直受到人们的关注。随着风力发电技术的不断进步,风力机逐渐向容量更大、效率更高的方向发展。海上风电可以解决陆上空间不足的问题,同时海上风力资源稳定,可以提高风力机的效率,因此近年海上风电发展迅速。为更大程度的发挥海上风电的优势,海上风电由滩涂、近海向更深更远的海域发展,考虑深海的工作环境和安装成本等因素,漂浮式海上风力机应运而生。漂浮式海上风力机的动态响应及气动特性对于机组安全至关重要,本文以漂浮式海上风力机为研究对象,模拟分析了不同工况下的动态响应对风力机气动特性的影响。利用OpenFast代码模拟了驳船式、立柱式、半潜式三种较为常见的漂浮式海上风力机在不同工况下的动态响应。由模拟结果可得风速为风力机输出功率、转速、桨距角以及风力机平衡位置的主要影响因素;波浪的周期和浪高直接影响到风力机动态响应的振幅和频率;不同的风浪错位角验证了波浪入射方向直接影响动态响应的振幅。综合模拟结果得,在不同的平移和旋转自由度中,纵荡和俯仰的反应最为强烈。三种漂浮式风力机中,半潜式海上风力机的工作性能最为稳定。综合OpenFast代码的模拟分析结果,建立缩比模型,以底部摆动机构模拟风力机的纵荡和俯仰运动,在风洞中开展实验,研究了半潜式海上风力机在不同工况下纵荡、俯仰两种动态响应对气动特性的影响。通过实验结果探究单个自由度动态响应对风力机性能的影响。以OpenFast代码模拟及实验结果作为基础数据,利用ANSYS Fluent软件,对风力机的气动特性进行模拟。模拟结果表明,纵荡运动和俯仰运动对于风力机的输出功率和水平推力均有较大影响。纵荡运动将产生附加速度,使风力机入流风的相对速度发生改变,最终反映为周期性纵荡运动风力机的输出功率和水平受力也呈周期性变化。俯仰运动将改变风力机的投影面积,同时也将产生一定的附加角速度,最终反映为周期性俯仰运动风力机的输出功率和水平受力也呈周期性变化。此外,风轮的纵荡运动和俯仰运动打破流场的稳定,对尾流也存在较大的扰动。纵荡和俯仰振幅越大、周期越短,平均输出功率和受力越小,输出功率和风轮水平受力的变化幅度就越大,这种气动载荷的强烈波动将对风力机的结构疲劳和控制系统产生较大影响。论文的研究可为漂浮式海上风力机合理调节风轮和平台的动态响应提供一定的理论依据。

关键词：漂浮式海上风力机数值模拟动态响应气动性能

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基于双惯容调谐质量系统的半潜式海上风力机振动控制

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 983-994页

作者：曾伟杰张颖邓燕飞郭川睿任伟新深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518061 广东工业大学机电学院广州510006 哈尔滨工业大学深圳智能海洋工程研究院广东深圳518055

与固定式海上风力机相比,漂浮式海上风力机的振动问题更为突出,进一步控制漂浮式海上风力机的振动成为了工程难题.针对此问题,探索了惯容调谐质量阻尼器(惯容-TMD,即IBA)系统对半潜式海上风力机的振动抑制效果,并提出一种基于结构阻抗... 详细信息

与固定式海上风力机相比,漂浮式海上风力机的振动问题更为突出,进一步控制漂浮式海上风力机的振动成为了工程难题.针对此问题,探索了惯容调谐质量阻尼器(惯容-TMD,即IBA)系统对半潜式海上风力机的振动抑制效果,并提出一种基于结构阻抗的惯容-TMD综合优化设计方法,从整个设计空间出发保证惯容-TMD的最优性.为寻求最优的减振效果,基于达朗贝尔原理建立风力机-惯容-TMD动力学模型,采用双IBA的控制策略同时对半潜式海上风力机浮台和塔筒的振动响应进行抑制,并从增益效果角度,比较了双IBA与双TMD的减振性能.最后对OpenFAST软件进行二次开发,数值验证了风浪联合作用下双IBA相对于双TMD减振性能的提升.结果表明:双减振装置的减振性能相较于单个减振装置有明显提升,且双IBA振动控制效果要优于双TMD;此外,基于惯容器质量增益效果,在达到最优TMD相同减振效果的情况下,机舱惯容-TMD(NIBA)和浮台惯容-TMD(PIBA)分别可将结构减振器中质量元件的质量减少23.9%和32.2%,大幅降低装置成本.

关键词：漂浮式海上风力机惯容调谐质量阻尼器振动控制

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考虑纵摇工况的漂浮式海上风机尾流特性数值研究

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新能源进展 2023年第2期11卷 93-99页

作者：唐润东曹人靖南方科技大学力学与航空航天工程系广东深圳518055

海上风-浪-流的存在使得海上风力机平台会产生六个自由度方向的运动。为研究纵摇运动对海上风力机尾流特性的影响,基于OpenFOAM平台,采用RANS方法的k-ε模型和重叠网格技术,考虑风剪切来流和简化的漂浮式平台六自由度运动条件,对纵摇状... 详细信息

海上风-浪-流的存在使得海上风力机平台会产生六个自由度方向的运动。为研究纵摇运动对海上风力机尾流特性的影响,基于OpenFOAM平台,采用RANS方法的k-ε模型和重叠网格技术,考虑风剪切来流和简化的漂浮式平台六自由度运动条件,对纵摇状态下的风力机尾流进行数值研究。研究结果表明,纵摇工况下的风力机尾流恢复速度更快,且尾流恢复速度会随着纵摇运动的频率和幅值增加而增加。当纵摇运动的振幅较小时,近场尾流的风速恢复会受到一定的影响,而对远场尾流影响不大;当振幅较大时,纵摇运动会加速全部尾流区域的风速恢复,并出现更为明显的扩散现象。研究结果对揭示漂浮式海上风电机组纵摇运动下尾流产生和扩散的机理有一定的意义,为完善漂浮式海上风电场尾流损失模型提供了一定的物理基础。

关键词：漂浮式海上风力机纵摇运动尾流特征 OpenFOAM 数值模拟

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海上浮式风力机组空气动力学分析方法研究

海上浮式风力机组空气动力学分析方法研究

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作者：朱康志哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着全球能源需要的不断增长及海上风电技术的不断发展,海上风力发电机的单机容量逐渐增大,安装位置也由近海逐渐走向深海,对于漂浮式风力机的研究也引起了人们越来越多的关注。浮式风力机不同于固定式风力机,其受海上风浪流等环境载荷... 详细信息

随着全球能源需要的不断增长及海上风电技术的不断发展,海上风力发电机的单机容量逐渐增大,安装位置也由近海逐渐走向深海,对于漂浮式风力机的研究也引起了人们越来越多的关注。浮式风力机不同于固定式风力机,其受海上风浪流等环境载荷影响会产生幅值较大且较为复杂的运动响应,因此针对浮式风力机气动性能计算方法的研究也是十分必要的。本文针对漂浮式风力机提出了一种基于大地坐标系的叶素动量理论改进方法(G-BEM),并以OC3 Hywind-NREL 5MW浮式风力机为研究对象,对G-BEM法进行各种风况及六自由度运动下的计算结果验证,并针对浮体运动对风力机气动性能的影响进行研究讨论。G-BEM法需要将风力机可能影响到的流管区域进行网格划分,求解出每一个网格中心点对应于风力机盘面上的(r,θ)值,并根据传统叶素动量理论计算出的诱导速度在盘面上分布情况,从而得到每一个网格中心位置的诱导速度,对其进行非定常修正,通过分析风力机盘面运动对流场的扰动,可以得出风力机盘面所受到的载荷、扭矩情况。首先,建立了海上浮式风力机坐标系统,讨论了六自由度运动对于风力机盘面上任意位置的相对入流、旋转速度的影响,并基于上文理论方法编写了完整的G-BEM法计算程序,并针对其中传统叶素动量理论部分与GH-BLADED软件进行比对验证。其次,针对盘面不同倾斜情况及来流风况条件,对G-BEM法进行固定式风力机情况下的可靠性验证,分析各个工况下G-BEM法计算特点,并且研究讨论不同工况对于风力机气动性能的影响。最后,研究了风力机六自由度运动对风力机盘面受力、扭矩及平台重心受力矩的影响规律。通过与STAR-CCM+软件及BEM程序计算结果的对比,对G-BEM法在各个自由度下计算的可靠性进行了验证,并对相应参数时域平均值、变化幅值进行量化分析,为后续应用该创新算法加入塔架、浮式平台、系泊等计算模块建立全耦合分析程序提供了依据及基础。

关键词：漂浮式海上风力机叶素动量理论改进法非定常流管法 CFD

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