Spar型浮式风电基础的水动力响应分析及其锚泊系统优化
发布时间：2021-04-20 04:38
海洋中蕴藏着丰富的风能资源,但是随着海上风电的开发利用,近海风电规划已日趋饱和,因此部分发达国家将目光投向了深海。然而近海的固定式风机无法适用于深海,所以浮式风机的研究与设计对海上风电行业的发展具有重要意义。本文首先对海上浮式风机发展的背景以及国内外的研究现状进行了概述,提出了当前浮式风机发展的几个主要技术挑战,并介绍了浮式风机动力响应计算的方法。在此基础上,以美国国家可再生能源实验室设计的NREL-5MW为目标风机,参考Truss Spar型海上油气平台的特点及结构形式,概念性地设计了一种Spar型浮式风机基础,确定了其主要性能参数,并对其进行频域水动力分析,得到其水动力系数以及RAOs、二阶力传递函数等幅频特性。然后,选取典型的作业工况,通过与典型浮式风机基础的时域运动响应比较,验证其水动力性能;同时选取某极端工况,评估该浮式风机基础及其锚泊系统的安全性。本文还对传统锚泊系统进行优化设计,通过改变锚链布置形式的方式,增大锚泊系统在风机俯仰自由度上的回复力矩,以提高其对风机俯仰运动的控制性能,并与传统锚泊系统进行对比,验证了其在风机俯仰运动控制上的优越性。此外,还从强度、疲劳两个角度...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要技术挑战
1.4 主要研究工作
第二章 基本理论
2.1 波浪理论
2.1.1 线性规则波
2.1.2 随机波浪
2.2 基于势流理论的频域分析方法
2.2.1 波浪绕射与辐射分析
2.2.2 分布源积分方程及其求解
2.2.3 频域运动方程
2.2.4 二阶波浪力
2.3 风载荷
2.3.1 动量叶素理论
2.3.2 等效处理
2.4 海流载荷
2.5 锚泊系统张力计算方法
2.5.1 悬链线方程
2.5.2 集中质量法
2.6 时域耦合运动
2.6.1 波浪力
2.6.2 附加质量和迟滞函数
2.7 锚泊系统疲劳损伤计算方法
2.7.1 雨流计数法
2.7.2 T-N曲线
2.7.3 线性疲劳累积损伤理论
2.8 AQWA软件介绍
2.9 本章小结
第三章 浮式风机基础的概念性设计
3.1 背景介绍
3.1.1 浮式风机基础形式介绍及对比
3.1.2 浮式风机项目回顾
3.1.3 Truss Spar式平台介绍
3.2 总体设计理念与方法
3.2.1 总体设计理念
3.2.2 总体设计方法
3.3 海上5MW风机
3.4 浮式风机基础结构形式及主要参数
3.5 锚泊系统
3.6 本章小结
第四章 频域水动力计算
4.1 粘性阻尼的计算
4.2 水动力系数
4.2.1 附加质量和辐射阻尼
4.2.2 一阶波浪力传递函数
4.2.3 二阶波浪力传递函数
4.3 频域运动响应分析
4.3.1 幅频响应曲线（RAOs）
4.3.2 浪向角对频域运动响应的影响
4.4 本章小结
第五章 时域响应分析
5.1 环境条件
5.2 作业工况下的时域响应分析
5.2.1 水动力性能对比分析
5.2.2 锚链张力对比分析
5.3 极端工况下的安全性评估
5.3.1 极端工况下的风载荷计算
5.3.2 锚泊系统完整状态下的安全性评估
5.3.3 锚泊系统破损状态下的安全性评估
5.4 本章小结
第六章 锚泊系统优化
6.1 锚泊系统优化设计
6.1.1 优化设计理念
6.1.2 锚泊系统主要参数及布置方式对比
6.2 锚泊系统静回复力刚度对比
6.3 锚泊系统性能对比
6.3.1 锚泊系统运动控制性能对比
6.3.2 锚泊系统回复力对比
6.4 锚泊系统优化对锚链的影响
6.4.1 对锚链张力安全系数的影响
6.4.2 对锚链疲劳损伤的影响
6.4.3 总体影响评估
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要研究工作总结与结论
7.2 本文创新点
7.3 进一步研究工作与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
本文编号：3148989
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 主要技术挑战
1.4 主要研究工作
第二章 基本理论
2.1 波浪理论
2.1.1 线性规则波
2.1.2 随机波浪
2.2 基于势流理论的频域分析方法
2.2.1 波浪绕射与辐射分析
2.2.2 分布源积分方程及其求解
2.2.3 频域运动方程
2.2.4 二阶波浪力
2.3 风载荷
2.3.1 动量叶素理论
2.3.2 等效处理
2.4 海流载荷
2.5 锚泊系统张力计算方法
2.5.1 悬链线方程
2.5.2 集中质量法
2.6 时域耦合运动
2.6.1 波浪力
2.6.2 附加质量和迟滞函数
2.7 锚泊系统疲劳损伤计算方法
2.7.1 雨流计数法
2.7.2 T-N曲线
2.7.3 线性疲劳累积损伤理论
2.8 AQWA软件介绍
2.9 本章小结
第三章 浮式风机基础的概念性设计
3.1 背景介绍
3.1.1 浮式风机基础形式介绍及对比
3.1.2 浮式风机项目回顾
3.1.3 Truss Spar式平台介绍
3.2 总体设计理念与方法
3.2.1 总体设计理念
3.2.2 总体设计方法
3.3 海上5MW风机
3.4 浮式风机基础结构形式及主要参数
3.5 锚泊系统
3.6 本章小结
第四章 频域水动力计算
4.1 粘性阻尼的计算
4.2 水动力系数
4.2.1 附加质量和辐射阻尼
4.2.2 一阶波浪力传递函数
4.2.3 二阶波浪力传递函数
4.3 频域运动响应分析
4.3.1 幅频响应曲线（RAOs）
4.3.2 浪向角对频域运动响应的影响
4.4 本章小结
第五章 时域响应分析
5.1 环境条件
5.2 作业工况下的时域响应分析
5.2.1 水动力性能对比分析
5.2.2 锚链张力对比分析
5.3 极端工况下的安全性评估
5.3.1 极端工况下的风载荷计算
5.3.2 锚泊系统完整状态下的安全性评估
5.3.3 锚泊系统破损状态下的安全性评估
5.4 本章小结
第六章 锚泊系统优化
6.1 锚泊系统优化设计
6.1.1 优化设计理念
6.1.2 锚泊系统主要参数及布置方式对比
6.2 锚泊系统静回复力刚度对比
6.3 锚泊系统性能对比
6.3.1 锚泊系统运动控制性能对比
6.3.2 锚泊系统回复力对比
6.4 锚泊系统优化对锚链的影响
6.4.1 对锚链张力安全系数的影响
6.4.2 对锚链疲劳损伤的影响
6.4.3 总体影响评估
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要研究工作总结与结论
7.2 本文创新点
7.3 进一步研究工作与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3148989
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