漂浮式风力机Spar平台水动力特性及优化分析
发布时间：2021-01-28 18:14
随着化石能源的日益消耗和全球能源紧缺的加剧,可再生能源的探索和开发越来越成为世界各国的重要发展战略。风能作为最具前景的绿色可再生能源之一,其开发利用正逐步从陆上向海上迈进。海上风电开发的环境条件复杂而且恶劣,因此,作为深海风能捕获的主要载体,漂浮式风力机的气动性能、平台水动力性能以及结构动力性能的分析研究对于风力机安全、稳定作业具有非常重要的意义。本文以Spar平台支撑的5MW风力机作为研究对象,对结构的水动力特性展开分析研究,并结合借鉴海上采油Spar平台基础的设计理念和相关减振减摇策略,尝试进行了海上风力机Spar基础的优化概念设计,并对其有效性采用数值模拟加以验证。主要展开了如下工作:1.基于三维势流理论和数值模拟,对Spar承载的5MW漂浮式风力机进行建模和计算,得到了结构在单位波幅入射波作用下的幅频特性,分析了结构的运动响应、附加质量和辐射阻尼、一阶波浪力、二阶波浪漂移力等参数随波浪频率的变化情况。结果发现:结构的纵荡、垂荡和纵摇这三个主要自由度上的运动在入射单元波的频率较低时,容易达到较大的运动响应,三个自由度上的运动固有频率均不到0.4rad/s;另外,二阶波浪漂移力要比...
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
漂浮式风力机平台种类1.2.2漂浮式风力机平台研究进展海上漂浮式风力机概念最早是由美国麻省理工学院的Heronemus教授在1972年所提出[17]
第三章 频域特性分析计算频域计算是分析波浪中结构物运动响应的经典方法，它能得到幅值响应函数和功率谱密度函数等，进一步结合频谱分析法，可对各种海况条件下海洋结构物水动力特性的统计值进行分析预报。该方法精度较高，应用也比较广泛[42]。3.1 漂浮式风力机模型建立根据上个章节确定的漂浮式风力机何 Spar 平台主要参数情况对整机结构进行建模和网格划分，用于水动力计算时，结构建模和网格划分应遵循以下原则：1) 相邻网格单元的面积比不超过 3；2) 网格单元纵横比 > 1/3；3) 网格单元尺寸小于波长的 1/7；4) 各网格单元中心距须f> r（ /fr = 单元面积 π）；5) 网格单元中心距海底的距离应0.5f>r6) 网格总数应 ≤ 18000，绕射单元总数应 ≤ 12000。最后所建立的模型如图 3.1 所示，网格图见 3.2，其中网格总数为 11192，绕射网格单元数为 4972。
第三章 频域特性分析计算频域计算是分析波浪中结构物运动响应的经典方法，它能得到幅值响应函数和功率谱密度函数等，进一步结合频谱分析法，可对各种海况条件下海洋结构物水动力特性的统计值进行分析预报。该方法精度较高，应用也比较广泛[42]。3.1 漂浮式风力机模型建立根据上个章节确定的漂浮式风力机何 Spar 平台主要参数情况对整机结构进行建模和网格划分，用于水动力计算时，结构建模和网格划分应遵循以下原则：1) 相邻网格单元的面积比不超过 3；2) 网格单元纵横比 > 1/3；3) 网格单元尺寸小于波长的 1/7；4) 各网格单元中心距须f> r（ /fr = 单元面积 π）；5) 网格单元中心距海底的距离应0.5f>r6) 网格总数应 ≤ 18000，绕射单元总数应 ≤ 12000。最后所建立的模型如图 3.1 所示，网格图见 3.2，其中网格总数为 11192，绕射网格单元数为 4972。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上浮式风力机及其动力学问题[J]. 朱仁传,缪国平,范菊,刘桦. 应用数学和力学. 2013(10)
[2]海上风电塔架基础的新型吸力锚研发[J]. 李大勇,刘小丽,孙宗军. 海洋技术. 2011(03)
[3]Spar平台垂荡阻尼板水动力研究综述[J]. 魏跃峰,杨建民,陈刚. 中国海洋平台. 2010(06)
[4]海上漂浮式风力机研究进展及发展趋势[J]. 张亮,吴海涛,荆丰梅,崔琳. 海洋技术. 2010(04)
[5]新型海上风力发电及其关键技术研究[J]. 高坤,李春,高伟,车渊博. 能源研究与信息. 2010(02)
[6]Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究[J]. 吴维武,缪泉明,匡晓峰,杨烁,何再明. 船舶力学. 2009(01)
[7]FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究[J]. 王科,许旺. 哈尔滨工程大学学报. 2008(12)
[8]Spar平台涡激运动关键特性研究进展[J]. 王颖,杨建民,杨晨俊. 中国海洋平台. 2008(03)
[9]深海系泊系统动力特性研究进展[J]. 唐友刚,张素侠,张若瑜,刘海笑. 海洋工程. 2008(01)
[10]浅水浮式生产储油系统二阶波浪慢漂力数值计算[J]. 李欣,王磊,杨建民. 上海交通大学学报. 2006(06)
硕士论文
[1]Spar型浮式风机基础系泊系统研究[D]. 李响亮.中国海洋大学 2014
[2]海上风电Spar浮式基础运动特性研究[D]. 王海璎.华南理工大学 2014
[3]海上风机半潜型浮式基础水动力性能研究[D]. 曹菡.天津大学 2012
[4]风机安装船海上作业运动及其流体动力分析[D]. 张凤伟.哈尔滨工程大学 2012
[5]海上浮式风力机平台选型与结构设计[D]. 葛沛.哈尔滨工程大学 2012
[6]深水Spar平台水动力性能和运动响应数值研究[D]. 孙金伟.中国海洋大学 2010
[7]Spar平台系泊系统计算及波浪载荷研究[D]. 张智.天津大学 2005
本文编号：3005452
【文章来源】：上海理工大学上海市
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
漂浮式风力机平台种类1.2.2漂浮式风力机平台研究进展海上漂浮式风力机概念最早是由美国麻省理工学院的Heronemus教授在1972年所提出[17]
第三章 频域特性分析计算频域计算是分析波浪中结构物运动响应的经典方法，它能得到幅值响应函数和功率谱密度函数等，进一步结合频谱分析法，可对各种海况条件下海洋结构物水动力特性的统计值进行分析预报。该方法精度较高，应用也比较广泛[42]。3.1 漂浮式风力机模型建立根据上个章节确定的漂浮式风力机何 Spar 平台主要参数情况对整机结构进行建模和网格划分，用于水动力计算时，结构建模和网格划分应遵循以下原则：1) 相邻网格单元的面积比不超过 3；2) 网格单元纵横比 > 1/3；3) 网格单元尺寸小于波长的 1/7；4) 各网格单元中心距须f> r（ /fr = 单元面积 π）；5) 网格单元中心距海底的距离应0.5f>r6) 网格总数应 ≤ 18000，绕射单元总数应 ≤ 12000。最后所建立的模型如图 3.1 所示，网格图见 3.2，其中网格总数为 11192，绕射网格单元数为 4972。
第三章 频域特性分析计算频域计算是分析波浪中结构物运动响应的经典方法，它能得到幅值响应函数和功率谱密度函数等，进一步结合频谱分析法，可对各种海况条件下海洋结构物水动力特性的统计值进行分析预报。该方法精度较高，应用也比较广泛[42]。3.1 漂浮式风力机模型建立根据上个章节确定的漂浮式风力机何 Spar 平台主要参数情况对整机结构进行建模和网格划分，用于水动力计算时，结构建模和网格划分应遵循以下原则：1) 相邻网格单元的面积比不超过 3；2) 网格单元纵横比 > 1/3；3) 网格单元尺寸小于波长的 1/7；4) 各网格单元中心距须f> r（ /fr = 单元面积 π）；5) 网格单元中心距海底的距离应0.5f>r6) 网格总数应 ≤ 18000，绕射单元总数应 ≤ 12000。最后所建立的模型如图 3.1 所示，网格图见 3.2，其中网格总数为 11192，绕射网格单元数为 4972。
【参考文献】：
期刊论文
[1]海上浮式风力机及其动力学问题[J]. 朱仁传,缪国平,范菊,刘桦. 应用数学和力学. 2013(10)
[2]海上风电塔架基础的新型吸力锚研发[J]. 李大勇,刘小丽,孙宗军. 海洋技术. 2011(03)
[3]Spar平台垂荡阻尼板水动力研究综述[J]. 魏跃峰,杨建民,陈刚. 中国海洋平台. 2010(06)
[4]海上漂浮式风力机研究进展及发展趋势[J]. 张亮,吴海涛,荆丰梅,崔琳. 海洋技术. 2010(04)
[5]新型海上风力发电及其关键技术研究[J]. 高坤,李春,高伟,车渊博. 能源研究与信息. 2010(02)
[6]Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究[J]. 吴维武,缪泉明,匡晓峰,杨烁,何再明. 船舶力学. 2009(01)
[7]FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究[J]. 王科,许旺. 哈尔滨工程大学学报. 2008(12)
[8]Spar平台涡激运动关键特性研究进展[J]. 王颖,杨建民,杨晨俊. 中国海洋平台. 2008(03)
[9]深海系泊系统动力特性研究进展[J]. 唐友刚,张素侠,张若瑜,刘海笑. 海洋工程. 2008(01)
[10]浅水浮式生产储油系统二阶波浪慢漂力数值计算[J]. 李欣,王磊,杨建民. 上海交通大学学报. 2006(06)
硕士论文
[1]Spar型浮式风机基础系泊系统研究[D]. 李响亮.中国海洋大学 2014
[2]海上风电Spar浮式基础运动特性研究[D]. 王海璎.华南理工大学 2014
[3]海上风机半潜型浮式基础水动力性能研究[D]. 曹菡.天津大学 2012
[4]风机安装船海上作业运动及其流体动力分析[D]. 张凤伟.哈尔滨工程大学 2012
[5]海上浮式风力机平台选型与结构设计[D]. 葛沛.哈尔滨工程大学 2012
[6]深水Spar平台水动力性能和运动响应数值研究[D]. 孙金伟.中国海洋大学 2010
[7]Spar平台系泊系统计算及波浪载荷研究[D]. 张智.天津大学 2005
本文编号：3005452
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