海上风电半潜式平台水动力性能分析及优化

发布时间：2020-04-29 01:51

【摘要】：为了人类的可持续发展,世界各国在可再生能源领域开展了大量研究。其中,海上风电因其风能储量大、受条件限制少等固有优势得到了诸多国家的重视,而海上风电平台的研发和设计是海上风电场建设的重点。本文首先对海上风电场建设所需的固定式和漂浮式两大类基础进行了系统的介绍,根据未来海上风电的发展方向选择了WindFloat海上半潜式风电平台作为研究对象。将模型试验和数值模拟两种主流的研究方法进行结合,对海上风电平台的水动力性能和运动响应特性进行了系统性的分析。首先,本文采用了模型试验的方案,进行了平台模型在静水中和规则波中的试验。通过平台在静水中进行的自由衰减运动,获取了平台的固有频率等基本参数。在规则波试验中,得出了平台垂荡、纵荡、纵摇运动的幅值响应算子,并分析比较了三根锚链和四根锚链这两种系泊状态下平台的运动响应特性。其次,本文使用商业CFD软件STAR-CCM+建立了数值计算模型。首先对网格和时间步收敛性进行了分析,随后将数值计算结果与试验数据进行对比,结果吻合较好,验证了本数值计算模型的可行性和准确性。使用该数值模型对本论文试验进行数值计算,结果显示静水工况下数值计算结果准确度较高,规则波工况存在一定数值差异,但整体趋势一致。同时重点对试验数据与计算结果差异进行了系统性的分析。然后引入Guanqing Hu等人设计的一体式阻尼板平台,分析了一体式阻尼板平台和WindFloat平台二者在静水、规则波以及非规则波下的水动力性能及运动响应特性差异,验证了新设计的一体式阻尼板平台水动力性能总体上优于WindFloat平台。最后,使用三维势流软件AQWA建立平台运动特性的频域和时域计算模型,并对该模型进行粘性修正。选取试验典型工况进行计算对比,结果吻合良好。随后基于控制变量的原则,分析了波浪入射角度、水深、系泊缆长度以及系泊缆数量对浮式平台运动特性的影响。研究结果发现:随着波浪入射角度的增加,纵荡和纵摇响应减小,横摇响应增大,垂荡响应基本不变。随着锚链长度的增加,垂荡响应平均值和垂荡响应幅度增大,纵荡位移平均值增大。系泊系统的垂荡约束力随着锚链长度的增加而减小,纵荡和纵摇约束力范围随着锚链长度的缩短而增大。水深的增加对垂荡运动和纵荡运动影响较为明显,而对于纵摇运动影响较小。系泊缆数量的增加可以减小平台的垂荡运动响应。三根系泊缆和六根系泊缆由于其系泊系统结构布置的对称性而使平台在不同波向角下表现出类似的运动响应变化趋势。但六根系泊缆状态下平台运动响应有义值最小。
【图文】：

图 1.1 陆上风电和海上风电发展现状Fig. 1.1 Current development of onshore wind power and offshore wind power为了更好的发展海上风电，，众多国家都大力开展海上风电装备的研究。海上风力机的基础部分对风机整体系统的安全工作运行十分重要，海上风电平台整体因为上

海上风电平台基础Fig.1.2Offshorewindturbinefoundation
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM614;P752;U674.37

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本文编号：2644101