风浪联合作用下近海风力机动力响应分析

发布时间：2020-04-02 12:20

【摘要】：随着风力发电产业的大力发展,有关风力机技术的研究也日趋进步,近年来近海风能的开发利用也进入了一个新阶段,但海上风力机所处环境十分复杂,故对于海上风力机结构的合理性也提出了更高的要求。本文以美国NREL研究中心1.5MW风力机设计参数为建模依据,基于风力机空气动力学理论和水动力学理论,在实际运行工况下,进行了海上风力机整机建模及在两种主要外界载荷共同作用下的数值仿真研究,针对海上风场、波浪场的流动特性,采用UDF编程以及数值造波方法的联合使用,完成了实际海况的模拟,并使用有限元计算软件实现了多载荷的流场计算,仿真计算结果获得了风力机外流场的流动特征、固体域表面的风压特点、风力机整机的变形和受力情况。通过Solidworks完成对基准面的选择、翼型文件的导出、叶片扭转角的绘制等过程后,实现了近海风力机各个主要部分模型的建立以及整机的装配;在进行风力机动力响应分析之前,先完成了对主要部分—塔架和桩基础耦合结构的固有特性分析,得出了该耦合系统的自振频率,并根据Campbell图判断其是否会在外界激励条件下发生共振,得出了该风力机风轮运转的临界转速和运行的安全区。同时,对整机系统的自振特性也做了分析,得出其低阶模态振型图和低阶自振频率;为了得到更接近真实海况的仿真结果,使用CFD软件实现了风浪联合仿真,利用VOF方法对自由水面进行追踪,完成三维状态的二阶Stokes波浪的构造,实现了波浪场的仿真,通过控制边界条件,利用UDF对风场进行二次开发,得到了海平面两相流的相位结果,并分析了波面形状对结构物的影响,得到了风载荷和波浪载荷同时作用下的流场结果;利用Ansys workbench建立流场计算与固体域体系的耦合求解过程,完成了风、浪载荷和风力机整机的流固耦合仿真过程。对风力机表面由风浪作用引起的结构变形情况,包括处于海水中的桩基和处在风场中的结构节点总位移和各个方向上的分位移的数据进行了输出,并对数据规律做了进一步研究,结果证明风力机位于海平面不同高度处的应力分布和风压极值出现的位置呈现一定的规律性,该分析研究对于未来海上风力机的设计有一定的参考价值。
【图文】：

海上风电基础类型图

海上单桩式基础示意图
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315;P751

【参考文献】

相关期刊论文 前6条

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本文编号：2611945