近海风电设备安装船的耐波性研究

发布时间：2017-10-23 03:11

  本文关键词：近海风电设备安装船的耐波性研究

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【摘要】：自航自升式风电设备安装船是目前近海风电场建设的首选装备,其功能齐全,能够适应海上风机安装的各种需求。基于风电设备安装船的独特外形特点和多样化工作状态,为了研发这种新的船型,有必要针对船体在波浪中的运动、触底、砰击等若干关键技术进行研究。本文对风电设备安装船的运动特性和底部砰击载荷进行了计算分析。首先,基于AQWA软件建立风电设备安装船在复杂波浪载荷作用下运动响应的理论预报方法,对比该船型的水池试验数据,验证了理论预报方法的准确性。然后,通过数值计算研究了航速、水深和粘性阻尼等参数对风电船运动响应幅值算子的影响。最后,建立了不同工况下风电船的水动力计算模型。在此基础上,风电安装船在近场迁移时,由于波浪的作用,船体可能发生触底。本文以风电船运动响应时域计算结果来确定风电船避免发生触底的最小安全作业水深。风电船在插桩/拔桩状态下,由于船体的运动,桩腿底部可能与海底发生冲击,冲击载荷与船体运动相关的参数为max(θ/T),通过计算不同波浪入射角下的横摇和纵摇RAO,结合波浪谱进行谱分析,预报了θ/T的在不同波浪入射角下的设计极值。此外,为了分析具有特殊船型的近海风电设备安装船在航行状态下的底部砰击问题,本文提出了一种适用于风电设备安装船的底部砰击载荷计算流程。其中,基于波浪势流理论计算有航速船舶在波浪中的运动响应,利用多项式拟合典型剖面在入水前后时刻的垂向速度时间历程曲线,基于计算流体力学理论计算二维船型剖面入水砰击载荷。然后,针对计算流程中的关键环节进行实验数据对比分析,验证了船舶运动响应和二维剖面入水算法的准确性。最后,根据本文计算方法对近海风电设备安装船的底部砰击特性进行研究。
【关键词】：近海风电设备安装船 运动响应 船舶触底 桩腿触底冲击 船底砰击
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.32;U674.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 概述9
• 1.2 海上风电场与近海风电设备安装船9-13
• 1.2.1 海上风电场9-10
• 1.2.2 海上风电基础形式10-11
• 1.2.3 海上风车安装船11-13
• 1.3 船底入水砰击研究进展13-16
• 1.3.1 二维模型试验13
• 1.3.2 三维模型试验和全尺度试验13-14
• 1.3.3 经验公式法14
• 1.3.4 理论和数值方法14-15
• 1.3.5 各种方法的比较15-16
• 1.4 船舶在波浪中的运动理论综述16
• 1.5 本文主要工作内容16-18
• 2 浮体运动分析理论18-25
• 2.1 势流理论18-21
• 2.1.1 线性入射理论18-19
• 2.1.2 波浪绕射和辐射理论19-21
• 2.2 边界元方法21-22
• 2.3 频域运动响应22-23
• 2.4 时域水动力系数23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 风电设备安装船的运动特性分析25-38
• 3.1 风电设备安装船主要参数25-26
• 3.2 理论预报方法的验证26-30
• 3.2.1 风电船运动幅值响应算子验证26-28
• 3.2.2 不规则波的试验结果验证28-30
• 3.3 运动状态和参数对风电船运动响应幅值算子的影响30-35
• 3.3.1 有无航速对运动幅值响应算子的影响30-32
• 3.3.2 水深对运动幅值响应算子的影响32-33
• 3.3.3 粘性阻尼对运动幅值响应算子的影响33-35
• 3.4 风电设备安装船运动特性分析35-37
• 3.4.1 风电设备安装船的运动固有周期35
• 3.4.2 不同工况下的风电设备安装船的运动幅值响应算子35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 近场迁移状态船体触底分析38-47
• 4.1 近场迁移状态WTIV水动力模型38-39
• 4.2 计算海况39
• 4.3 计算结果39-46
• 4.3.1 船体运动响应39-41
• 4.3.2 船底关键点垂向位移响应41-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 插桩/拔桩状态运动特征参数计算47-57
• 5.1 Jacking状态WTIV水动力模型48-50
• 5.1.1 重心位置和转动惯量48-49
• 5.1.2 水线高度的调整49-50
• 5.2 Jacking状态下WTIV的横摇RAO和纵摇RAO50-53
• 5.3 目标海况下特征参数θ/T的统计分析53-55
• 5.3.1 谱分析方法53
• 5.3.2 设计极值预报53-54
• 5.3.3 冲击载荷计算参数54-55
• 5.4 本章小结55-57
• 6 二维模型入水砰击数值模拟57-62
• 6.1 计算区域、边界条件和网格划分57-58
• 6.2 网格运动方案58-59
• 6.3 流体的属性59
• 6.4 计算方法59
• 6.5 入水砰击数值算法验证59-61
• 6.6 本章小结61-62
• 7 自航状态船底入水砰击载荷计算62-82
• 7.1 不规则波中船体与波面垂向相对运动的时域分析62-67
• 7.2 入水砰击判断和入水速度的表示67-72
• 7.3 风电安装船剖面入水砰击载荷特性分析72-74
• 7.4 基于CFD理论的船剖面入水砰击数值模拟74-81
• 7.5 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况86-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：1081317