潮流能装置锚系设计及应用研究
发布时间：2021-04-22 02:51
潮流能作为海洋可再生能源的重要组成部分,具有能量密集度高、清洁无污染、储量丰富等特点。随着传统化石能源日益匮乏以及环境问题愈发严重,潮流能的开发利用得到各国的广泛关注。在实际工作时,潮流能电站除了承受风、浪、流等海洋环境载荷外,水轮机在工作时会带动周围流场产生巨大的水平载荷和倾覆力矩,直接影响漂浮式潮流电站的稳定性;此外,由于潮流电站工作所处海域水深一般较浅,锚链悬垂部分相对较少,在水轮机作用下锚链会受到冲击载荷,其变形能不足以抵抗外部载荷的作用,容易发生走锚或锚链断裂的危险。浅水系泊一直都是研究的热点问题,在设计锚泊方案时,若要增加锚链系泊力,需要延长海底躺链长度,导致成本增加,并且锚链的布置会占用更广阔的水域;若降低锚链预张力,则需减少锚链的跨距,增加躺链的相对长度,会导致浮体的飘曳范围增加,加剧结构物的运动响应。本文基于以上工程实际问题,以300kW水平轴漂浮式潮流电站为研究对象,结合潮流电站自身特点与工程实际情况,确定系泊系统的设计准则并进行系泊系统设计。首先基于三维势流理论,在频域范围内对漂浮式发电装置载体在规则波中的水动力特性进行分析,并对水动力学软件AQWA进行二次开发,...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 潮流能利用国内外研究现状
1.2.1 潮流能利用国外研究现状
1.2.2 潮流能利用国内研究现状
1.3 锚泊系统国内外研究进展
1.4 本文主要工作内容
第2章 浮体水动力基本理论
2.1 浮体水动力计算数学模型
2.1.1 流场和坐标系定义
2.1.2 微幅波理论
2.2 浮体的频域计算方法
2.2.1 辐射绕射速度势求解
2.2.2 浮体的频域运动方程
2.2.3 格林函数法
2.3 浮体的时域计算方法
2.3.1 附加质量和时延函数的计算
2.3.2 浮体的时域运动方程
2.4 本章小结
第3章 潮流能装置水动力计算分析
3.1 潮流能装置载体基本参数
3.2 潮流能装置载体水动力特性计算
3.2.1 水动力计算模型
3.2.2 自由运动下载体运动响应RAO
3.2.3 载体的附加质量和阻尼
3.2.4 平均二阶波浪漂移力
3.2.5 振荡波激振力
3.3 水平轴水轮机水动力分析
3.3.1 基于CFD的水轮机水动力计算方法
3.3.2 数值分析方法
3.3.3 水平轴叶轮摇荡条件下水动力系数计算模型
3.4 本章小结
第4章 系泊系统刚度特性多参数分析
4.1 浮式结构系泊系统静力分析
4.1.1 非弹性系泊悬链线方程
4.1.2 系泊系统整体静力分析
4.2 系泊系统刚度方程的建立
4.3 单根锚链系泊刚度多参数分析
4.3.1 单根锚链系泊模型
4.3.2 水平预张力分析
4.3.3 水深对系泊刚度影响分析
4.4 系泊系统总体系泊刚度多参数分析
4.4.1 多锚链系泊系统计算模型
4.4.2 系泊系统各自由度回复刚度分析
4.4.3 水平预张力分析
4.4.4 水深对系泊刚度影响分析
4.5 本章小结
第5章 潮流能装置锚系设计与分析
5.1 潮流能装置锚泊系统设计依据
5.1.1 环境载荷
5.1.2 锚链强度
5.1.3 平台位移
5.2 漂浮式潮流能装置海洋环境条件
5.2.1 潮流能装置海洋环境
5.2.2 流载荷计算
5.2.3 风载荷计算
5.2.4 潮流能装置运行状态说明
5.3 锚泊系统设计方案说明
5.3.1 锚泊系统基本参数
5.3.2 纯锚链设计方案
5.3.3 组合系泊设计方案
5.4 锚泊系统初步设计结果
5.4.1 设计工况时域计算结果
5.4.2 生存工况时域计算结果
5.4.3 两种方案初步设计对比
5.5 漂浮式潮流能装置锚泊系统强度校核
5.5.1 系泊系统最大极限状态校核
5.5.2 系泊系统部分失效状态校核
5.6 锚的选取与设计
5.6.1 纯锚链方案
5.6.2 组合系泊方案
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录 A 锚链规格表
附录 B AC-14大抓力锚参数表
【参考文献】：
期刊论文
[1]潮流能研究现状2015——水动力学[J]. 张亮,尚景宏,张之阳,姜劲,王晓航. 水力发电学报. 2016(02)
[2]法国外长谈2015巴黎气候大会的4个目标[J]. 赵宗慈,周天军. 气候变化研究进展. 2015(03)
[3]潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析[J]. 张亮,王树齐,马勇,张学伟,国威. 哈尔滨工程大学学报. 2015(03)
[4]潮流能水轮机水动力分析方法[J]. 盛其虎,孙科,张学伟,荆丰梅,马勇,张亮. 海洋技术学报. 2014(04)
[5]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[6]杨富强:让可再生能源成为雾霾的终结者[J]. 李菡丹. 中华儿女. 2014(05)
[7]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[8]谈谈我国海洋能利用的现状和前景[J]. 储呈阳. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2012(08)
[9]中国空气污染指数变化特征及影响因素分析[J]. 李小飞,张明军,王圣杰,赵爱芳,马潜. 环境科学. 2012(06)
[10]潮流能的利用及研究状况[J]. 李波,李龙,杨丽,杨雪林,肖玉平. 太阳能. 2010(09)
博士论文
[1]复杂环境下水平轴潮流能叶轮水动力特性研究[D]. 王树齐.哈尔滨工程大学 2015
[2]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[3]能源强度与碳强度约束下中国经济增长优化研究[D]. 公维凤.南京航空航天大学 2013
[4]基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置水动力性能试验研究与数值预报[D]. 马勇.哈尔滨工程大学 2013
[5]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]立轴水轮机振荡运动及水动力系数分析[D]. 周念福.哈尔滨工程大学 2015
[2]潮流能电站载体的水动力性能分析[D]. 陈鸶鹭.江苏科技大学 2014
[3]漂浮式潮流电站弹性系泊系统设计研究[D]. 郭小天.哈尔滨工程大学 2013
[4]漂浮式潮流电站系泊系统分析[D]. 杨仲.哈尔滨工程大学 2013
[5]基于细长杆理论的系泊缆索静力及动力分析方法研究[D]. 王冰.哈尔滨工程大学 2013
[6]深海系泊浮体的耦合分析及锚系的动力特性研究[D]. 郑成荣.上海交通大学 2012
[7]垂直轴潮流能水轮机流固耦合研究[D]. 刘文东.哈尔滨工程大学 2012
[8]潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D]. 鹿兰帅.中国海洋大学 2009
[9]130kW漂浮式潮流电站锚泊系统设计[D]. 曹浩.哈尔滨工程大学 2007
[10]深海浮式结构物及其锚泊系统的动力特性研究[D]. 陈矗立.上海交通大学 2007
本文编号：3153009
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 潮流能利用国内外研究现状
1.2.1 潮流能利用国外研究现状
1.2.2 潮流能利用国内研究现状
1.3 锚泊系统国内外研究进展
1.4 本文主要工作内容
第2章 浮体水动力基本理论
2.1 浮体水动力计算数学模型
2.1.1 流场和坐标系定义
2.1.2 微幅波理论
2.2 浮体的频域计算方法
2.2.1 辐射绕射速度势求解
2.2.2 浮体的频域运动方程
2.2.3 格林函数法
2.3 浮体的时域计算方法
2.3.1 附加质量和时延函数的计算
2.3.2 浮体的时域运动方程
2.4 本章小结
第3章 潮流能装置水动力计算分析
3.1 潮流能装置载体基本参数
3.2 潮流能装置载体水动力特性计算
3.2.1 水动力计算模型
3.2.2 自由运动下载体运动响应RAO
3.2.3 载体的附加质量和阻尼
3.2.4 平均二阶波浪漂移力
3.2.5 振荡波激振力
3.3 水平轴水轮机水动力分析
3.3.1 基于CFD的水轮机水动力计算方法
3.3.2 数值分析方法
3.3.3 水平轴叶轮摇荡条件下水动力系数计算模型
3.4 本章小结
第4章 系泊系统刚度特性多参数分析
4.1 浮式结构系泊系统静力分析
4.1.1 非弹性系泊悬链线方程
4.1.2 系泊系统整体静力分析
4.2 系泊系统刚度方程的建立
4.3 单根锚链系泊刚度多参数分析
4.3.1 单根锚链系泊模型
4.3.2 水平预张力分析
4.3.3 水深对系泊刚度影响分析
4.4 系泊系统总体系泊刚度多参数分析
4.4.1 多锚链系泊系统计算模型
4.4.2 系泊系统各自由度回复刚度分析
4.4.3 水平预张力分析
4.4.4 水深对系泊刚度影响分析
4.5 本章小结
第5章 潮流能装置锚系设计与分析
5.1 潮流能装置锚泊系统设计依据
5.1.1 环境载荷
5.1.2 锚链强度
5.1.3 平台位移
5.2 漂浮式潮流能装置海洋环境条件
5.2.1 潮流能装置海洋环境
5.2.2 流载荷计算
5.2.3 风载荷计算
5.2.4 潮流能装置运行状态说明
5.3 锚泊系统设计方案说明
5.3.1 锚泊系统基本参数
5.3.2 纯锚链设计方案
5.3.3 组合系泊设计方案
5.4 锚泊系统初步设计结果
5.4.1 设计工况时域计算结果
5.4.2 生存工况时域计算结果
5.4.3 两种方案初步设计对比
5.5 漂浮式潮流能装置锚泊系统强度校核
5.5.1 系泊系统最大极限状态校核
5.5.2 系泊系统部分失效状态校核
5.6 锚的选取与设计
5.6.1 纯锚链方案
5.6.2 组合系泊方案
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录 A 锚链规格表
附录 B AC-14大抓力锚参数表
【参考文献】：
期刊论文
[1]潮流能研究现状2015——水动力学[J]. 张亮,尚景宏,张之阳,姜劲,王晓航. 水力发电学报. 2016(02)
[2]法国外长谈2015巴黎气候大会的4个目标[J]. 赵宗慈,周天军. 气候变化研究进展. 2015(03)
[3]潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析[J]. 张亮,王树齐,马勇,张学伟,国威. 哈尔滨工程大学学报. 2015(03)
[4]潮流能水轮机水动力分析方法[J]. 盛其虎,孙科,张学伟,荆丰梅,马勇,张亮. 海洋技术学报. 2014(04)
[5]潮流能开发技术研究进展[J]. 魏东泽,吴国荣,郭欣,顾恩凯. 可再生能源. 2014(07)
[6]杨富强:让可再生能源成为雾霾的终结者[J]. 李菡丹. 中华儿女. 2014(05)
[7]潮流能研究现状2013[J]. 张亮,李新仲,耿敬,张学伟. 新能源进展. 2013(01)
[8]谈谈我国海洋能利用的现状和前景[J]. 储呈阳. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2012(08)
[9]中国空气污染指数变化特征及影响因素分析[J]. 李小飞,张明军,王圣杰,赵爱芳,马潜. 环境科学. 2012(06)
[10]潮流能的利用及研究状况[J]. 李波,李龙,杨丽,杨雪林,肖玉平. 太阳能. 2010(09)
博士论文
[1]复杂环境下水平轴潮流能叶轮水动力特性研究[D]. 王树齐.哈尔滨工程大学 2015
[2]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014
[3]能源强度与碳强度约束下中国经济增长优化研究[D]. 公维凤.南京航空航天大学 2013
[4]基于竖轴水轮机的漂浮式潮流发电装置水动力性能试验研究与数值预报[D]. 马勇.哈尔滨工程大学 2013
[5]深海浮式结构物系泊系统的非线性时域分析[D]. 袁梦.上海交通大学 2011
硕士论文
[1]立轴水轮机振荡运动及水动力系数分析[D]. 周念福.哈尔滨工程大学 2015
[2]潮流能电站载体的水动力性能分析[D]. 陈鸶鹭.江苏科技大学 2014
[3]漂浮式潮流电站弹性系泊系统设计研究[D]. 郭小天.哈尔滨工程大学 2013
[4]漂浮式潮流电站系泊系统分析[D]. 杨仲.哈尔滨工程大学 2013
[5]基于细长杆理论的系泊缆索静力及动力分析方法研究[D]. 王冰.哈尔滨工程大学 2013
[6]深海系泊浮体的耦合分析及锚系的动力特性研究[D]. 郑成荣.上海交通大学 2012
[7]垂直轴潮流能水轮机流固耦合研究[D]. 刘文东.哈尔滨工程大学 2012
[8]潮流能驱动的柔性叶片水轮机水动力性能试验研究[D]. 鹿兰帅.中国海洋大学 2009
[9]130kW漂浮式潮流电站锚泊系统设计[D]. 曹浩.哈尔滨工程大学 2007
[10]深海浮式结构物及其锚泊系统的动力特性研究[D]. 陈矗立.上海交通大学 2007
本文编号：3153009
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3153009.html
