仰角对浮式风机流体动力性能影响的研究
发布时间：2021-06-08 21:28
最近几年,随着人们对海上风能的探索,海上漂浮式风机得到了快速发展。浮式风机在海上运行时受风和浪的作用会产生平移和旋转运动,风机的运动会对发电效率产生重要影响。除此之外,浮式风机纵荡和纵摇运动将会加剧叶片和塔架之间的相互作用。对于陆上风机,为了减小叶片和塔架之间的相互作用,在风机安装时使风机有一个5度的仰角。对于浮式风机,受风浪的耦合作用,风机将无法保持平衡,因此陆上风机的5度仰角可能不在适用于浮式风机。本文使用商业CFD计算软件STAR-CCM+来模拟固定式风机和浮式风机在不同仰角下的气动性能。本文使用了两种风机,一种为DTU-10MW风机模型,另一种为NRELSMW风机。DTU-10MW风机主要用于网格收敛性验证,NREL 5MW风机主要用于风机气动力性能的模拟。首先,使用不同的网格密度来模拟DTU-10MW风机,并将计算得到的推力和扭矩与风洞实验值进行对比,以此来确定网格是否收敛。同时,也对STAR-CCM+造波的准确性进行了验证。然后研究了仰角对固定式风机气动性能的影响,对比不同仰角下风机的推力和功率,并分析了仰角是如何影响风机的推力和功率。研究发现,仰角是通过改变叶片截面翼型的...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风机的结构形式
１．２研究现状??浮式风机的概念于２０世纪７０年代由Ｈｅｒｏｎｅｍｕｓ提出，当时由于技术的制约，直到??９０年代浮式风机才开始发展应用。海上浮式风机系统由系泊系统、支撑平台系统和风机??系统三部分组成。风机在海上运行时，在风和浪的作用下会产生六自由度（纵荡、垂荡、??横荡、纵摇、横摇、艏摇）运动。其中纵荡和纵摇运动对浮式风机气动性能影响最大，??会导致风机的推力和功率产生周期性的波动，同时风机推力和功率的平均值会有所降低。??艏摇运动将会减小风机的受风面积，从而降低风机的推力和功率。逆风的纵荡运动会增??加风机的相对来流风速，从而增加了风机叶片和塔架之间的相互作用，叶片和塔架之间??的相互作用是叶片结构损坏的一个诱因，因此浮式风机的六自由度运动将会对风机的气??２??
。。法的思想为：先将计算区域近似离散成有限个互不重叠的网格。围绕每个网格点取一系??列互不重叠的控制单元，每个控制体单元中包含一个节点。然后将待求流动量设置在网??格节点上，利用流动量守恒定律对每个控制体单元进行积分，导出一组离散格式并对它??进行求解，最后得到流动的数值解。??２．１数值理论??２．１．１控制方程??流体力学基本方程组包括连续性方程（质量守恒）、运动方程（动量守恒）、能量方??程（能量守恒）和状态方程［２５］。??在笛卡尔坐标系下，设在时刻ｔ，流场中任意一点处，取固定不动的微六面??体单元（控制体），如图２．１所示。流体中微六面体单元的边长为＜５；ｃ、Ｊｚ，设流体??密度为ｐ，某一流动量为在汾时间内从ｘ?＝々的办＆面上流入的流动量为??／？和汾心，而从＝?＋办的心面上流出的流动量为办｜汾办＆。??对于面和面上流入和流出的流动量０也可以得到完全类似的表达式。??．－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上浮式风机平台的水动力分析[J]. 徐思远,张淑华. 水道港口. 2018(02)
[2]基于重叠网格法数值分析塔架对风机气动性能的影响[J]. 程萍,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(01)
[3]Coupled Aerodynamic and Hydrodynamic Analysis of Floating Offshore Wind Turbine Using CFD Method[J]. Wu Jun,Meng Long,Zhao Yongsheng,He Yanping. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2016(01)
[4]半潜式海洋平台的水动力分析及波浪载荷预报[J]. 陈明璐,嵇春艳,刘珍. 海洋技术. 2012(04)
[5]Hydrodynamic Comparison of a Semi-submersible,TLP,and Spar:Numerical Study in the South China Sea Environment[J]. Binbin Li1, Kun Liu2, Gongwei Yan2 and Jinping Ou2, 3 1. School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore 2. School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China 3. School of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[6]风力机叶片立体图的设计[J]. 陈家权,杨新彦. 机电工程. 2006(04)
硕士论文
[1]海上风机气动性能和浮式平台水动力计算分析[D]. 赵文超.上海交通大学 2015
[2]基于Richardson外推法的CFD网格误差研究[D]. 石磊.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3219231
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
风机的结构形式
１．２研究现状??浮式风机的概念于２０世纪７０年代由Ｈｅｒｏｎｅｍｕｓ提出，当时由于技术的制约，直到??９０年代浮式风机才开始发展应用。海上浮式风机系统由系泊系统、支撑平台系统和风机??系统三部分组成。风机在海上运行时，在风和浪的作用下会产生六自由度（纵荡、垂荡、??横荡、纵摇、横摇、艏摇）运动。其中纵荡和纵摇运动对浮式风机气动性能影响最大，??会导致风机的推力和功率产生周期性的波动，同时风机推力和功率的平均值会有所降低。??艏摇运动将会减小风机的受风面积，从而降低风机的推力和功率。逆风的纵荡运动会增??加风机的相对来流风速，从而增加了风机叶片和塔架之间的相互作用，叶片和塔架之间??的相互作用是叶片结构损坏的一个诱因，因此浮式风机的六自由度运动将会对风机的气??２??
。。法的思想为：先将计算区域近似离散成有限个互不重叠的网格。围绕每个网格点取一系??列互不重叠的控制单元，每个控制体单元中包含一个节点。然后将待求流动量设置在网??格节点上，利用流动量守恒定律对每个控制体单元进行积分，导出一组离散格式并对它??进行求解，最后得到流动的数值解。??２．１数值理论??２．１．１控制方程??流体力学基本方程组包括连续性方程（质量守恒）、运动方程（动量守恒）、能量方??程（能量守恒）和状态方程［２５］。??在笛卡尔坐标系下，设在时刻ｔ，流场中任意一点处，取固定不动的微六面??体单元（控制体），如图２．１所示。流体中微六面体单元的边长为＜５；ｃ、Ｊｚ，设流体??密度为ｐ，某一流动量为在汾时间内从ｘ?＝々的办＆面上流入的流动量为??／？和汾心，而从＝?＋办的心面上流出的流动量为办｜汾办＆。??对于面和面上流入和流出的流动量０也可以得到完全类似的表达式。??．－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上浮式风机平台的水动力分析[J]. 徐思远,张淑华. 水道港口. 2018(02)
[2]基于重叠网格法数值分析塔架对风机气动性能的影响[J]. 程萍,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2017(01)
[3]Coupled Aerodynamic and Hydrodynamic Analysis of Floating Offshore Wind Turbine Using CFD Method[J]. Wu Jun,Meng Long,Zhao Yongsheng,He Yanping. Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics. 2016(01)
[4]半潜式海洋平台的水动力分析及波浪载荷预报[J]. 陈明璐,嵇春艳,刘珍. 海洋技术. 2012(04)
[5]Hydrodynamic Comparison of a Semi-submersible,TLP,and Spar:Numerical Study in the South China Sea Environment[J]. Binbin Li1, Kun Liu2, Gongwei Yan2 and Jinping Ou2, 3 1. School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798, Singapore 2. School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China 3. School of Civil and Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China. Journal of Marine Science and Application. 2011(03)
[6]风力机叶片立体图的设计[J]. 陈家权,杨新彦. 机电工程. 2006(04)
硕士论文
[1]海上风机气动性能和浮式平台水动力计算分析[D]. 赵文超.上海交通大学 2015
[2]基于Richardson外推法的CFD网格误差研究[D]. 石磊.华北电力大学（北京） 2011
本文编号：3219231
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