风力发电与浮式防波堤一体化概念设计及水动力性能研究

发布时间：2020-07-18 02:42

【摘要】：相比于固定式防波堤,浮式防波堤有着工程造价低,有效预防水质污染以及对环境的适应性较强等优点,能够应用于更加广阔的深海。风资源是一种可再生的清洁能源,在节约资源以及保护环境等方面发挥着重要作用,由于风力发电本身具有总投入小、成本低和污染小等特点,越来越受到人们的关注。我国拥有1.8万公里的漫长海岸线,近海区域风力资源丰富,海上风力发电有着得天独厚的条件,因此设计出一种风力发电与浮式防波堤一体化装置具有重要的意义与价值。本文基于应用海洋的环境特征,在防波堤模型设计基础上,选用双圆筒型浮式防波堤作为浮体结构,选取小功率风力发电机作为风力发电机组,结合二者特征设计出一种风力发电与浮式防波堤一体化发电装置,并且建立数值水槽,通过数值水槽来研究消波性能和运动响应,本文主要进行的研究工作如下:(1)通过对目标海域进行分析,确定波浪及风速条件,对风力发电与浮式防波堤一体化装置进行了初步概念设计,对主要部件进行了初步设计并进行了相关介绍,分析了该一体化发电装置工作原理及优点。(2)采用CFD软件建立数值波浪水槽,根据边界造波理论与阻尼消波原理进行造波与水槽尾部的消波,运用VOF来捕获气液两相流,并将造波结果与理论值对比验证模拟的准确性,比较了两种造波方案,选最佳的造波方法。(3)基于STAR CCM+软件,通过重叠网格划分技术模拟单方箱浮式防波堤透射系数及运动响应,并与试验结果进行对比,通过对比验证了该计算方法的准确性。采用该数值计算方法对一体化装置的双圆筒型浮式防波堤在不同波浪周期下的水动力性能进行研究,获得波浪的透射系数、反射系数、耗散系数和浮式防波堤的运动响应。(4)对风力发电与浮式防波堤一体化装置的水动力性能进行分析,通过模拟所选风机在额定功率工作并监测了风机结构所受推力,对受到风机产生的推力作用下的浮式防波堤进行数值模拟,运用该计算方法对该一体化装置水动力性能进行数值模拟,进而得出波浪透射系数、反射系数、耗散系数和防波堤的运动响应,最后与双圆筒型浮式防波堤水动力性能进行对比分析。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U656.2;TM315

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本文编号：2760286