海上风力机塔架载荷CFD计算
发布时间：2021-05-15 04:44
海上风力机塔架载荷计算分析为其安全性和耐用性设计提供依据,是海上风力机研制过程中必不可少的环节之一。波浪载荷在海上风力机塔架所受到的外力中占据重要地位,而波浪数值模拟是塔架波浪载荷准确计算的前提。本文利用Fluent软件平台,采用多块结构网格,给定波浪模型,基于边界造波法,求解非定常不可压流体的Euler/N-S方程,结合多相流流体体积法（VOF）追踪自由水面,实现了小振幅波、孤立波和二阶Stokes波的数值模拟。计算分析表明:孤立波的数值波浪形态在传播过程中能够很好保持,而小振幅波和二阶Stokes波的数值波浪是一个逐渐趋于稳定的过程。在合适条件下,均能得到与给定波浪模型相吻合的数值波浪。计算分析了时间步长、网格密度和粘性对数值波浪的影响:时间步长取T/550,波高范围内划分20个网格、波浪传播方向上网格密度取波长的1/50已能保证计算精度;对于主要受惯性力和重力影响的波浪问题而言,粘性影响很小。波浪幅值/水深比、波浪波长（周期）会对小振幅数值波浪产生影响:较大的波浪幅值/水深比会引起数值波浪与给定波浪模型相差很大,只有采取相对较小的波浪幅值/水深比才能得到与给定波浪模型相吻合的数值...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 计算流体力学的研究现状
1.2.2 波浪问题的研究现状
1.2.3 海上风力机塔架载荷计算研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 基于Fluent软件的波浪数值模拟
2.1 Fluent软件
2.1.1 Fluent软件的特点
2.1.2 Fluent软件结构
2.1.3 Fluent软件求解多相流问题的步骤
2.2 不可压流控制方程及求解
2.3 自由水面追踪VOF方法
2.4 边界条件和初始条件
2.4.1 入.边界条件—边界造波法
2.4.2 出.及上表面边界条件
2.4.3 自由水面及其他边界条件
2.4.4 初始条件
2.5 二维波浪数值模拟
2.5.1 孤立波模型
2.5.2 小振幅波模型
2.5.3 二阶Stokes波模型
2.6 本章小结
第三章 风波联合下海上风力机塔架载荷计算
3.1 Morison理论
3.2 小尺寸塔架波浪载荷计算
3.3 大尺寸塔架波浪载荷计算—波长较长
3.4 大尺寸塔架波浪载荷计算—波长与塔架直径相当
3.5 风波联合下塔架载荷计算
3.6 风波联合下塔架/轮毂/风轮组合体载荷计算
3.6.1 计算模型及网格划分
3.6.2 风轮的考虑
3.6.3 波浪形态数值模拟结果
3.6.4 载荷计算结果
3.7 本章小结
第四章 总结
4.1 本文主要结果
4.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]数值波浪水槽造波技术及工程应用研究[J]. 张淑华,杨方方,赵传刚. 科学技术与工程. 2013(27)
[2]基于FLUENT二次开发的数值波浪水槽[J]. 杨锦凌,孙大鹏. 中国水运(下半月). 2012(05)
[3]数值波浪水槽构建与二阶Stokes波仿真[J]. 黄华,邓冰,陈昱松,刘娟. 系统仿真学报. 2012(01)
[4]翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟[J]. 秦绪国,刘沛清,屈秋林. 北京航空航天大学学报. 2011(03)
[5]基于边界造波法的波浪数值生成[J]. 贺建镁,朱良生. 科学技术与工程. 2010(30)
[6]基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成[J]. 刘霞,谭国焕,王大国. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[7]基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J]. 董志,詹杰民. 水动力学研究与进展A辑. 2009(01)
[8]源造波法在三维完全非线性数值波浪水槽中的应用[J]. 宁德志,滕斌,周斌珍,刘珍. 大连海事大学学报. 2008(02)
[9]数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用[J]. 朱仁传,缪国平,向红贵,林兆伟. 上海造船. 2007(04)
[10]基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽[J]. 李凌,林兆伟,尤云祥,缪国平. 水动力学研究与进展A辑. 2007(01)
博士论文
[1]复杂组合体跨音速非定常气动力和颤振计算[D]. 郭同庆.南京航空航天大学 2006
[2]波浪与建筑物作用的数学模型研究与应用[D]. 谷汉斌.天津大学 2005
硕士论文
[1]风力机尾流流场的数值模拟[D]. 朱翀.南京航空航天大学 2012
[2]风—浪—流联合作用场数值模拟及其对圆柱构件的作用研究[D]. 韦承勋.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[4]基于Fluent的波浪辐射与绕射问题数值模拟研究[D]. 胡俊明.哈尔滨工程大学 2011
[5]波浪的三维数值模拟及其应用[D]. 张婷.天津大学 2009
[6]海上风力机流体载荷研究[D]. 赵静.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3186976
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 研究现状
1.2.1 计算流体力学的研究现状
1.2.2 波浪问题的研究现状
1.2.3 海上风力机塔架载荷计算研究现状
1.3 本文主要研究内容
第二章 基于Fluent软件的波浪数值模拟
2.1 Fluent软件
2.1.1 Fluent软件的特点
2.1.2 Fluent软件结构
2.1.3 Fluent软件求解多相流问题的步骤
2.2 不可压流控制方程及求解
2.3 自由水面追踪VOF方法
2.4 边界条件和初始条件
2.4.1 入.边界条件—边界造波法
2.4.2 出.及上表面边界条件
2.4.3 自由水面及其他边界条件
2.4.4 初始条件
2.5 二维波浪数值模拟
2.5.1 孤立波模型
2.5.2 小振幅波模型
2.5.3 二阶Stokes波模型
2.6 本章小结
第三章 风波联合下海上风力机塔架载荷计算
3.1 Morison理论
3.2 小尺寸塔架波浪载荷计算
3.3 大尺寸塔架波浪载荷计算—波长较长
3.4 大尺寸塔架波浪载荷计算—波长与塔架直径相当
3.5 风波联合下塔架载荷计算
3.6 风波联合下塔架/轮毂/风轮组合体载荷计算
3.6.1 计算模型及网格划分
3.6.2 风轮的考虑
3.6.3 波浪形态数值模拟结果
3.6.4 载荷计算结果
3.7 本章小结
第四章 总结
4.1 本文主要结果
4.2 展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]数值波浪水槽造波技术及工程应用研究[J]. 张淑华,杨方方,赵传刚. 科学技术与工程. 2013(27)
[2]基于FLUENT二次开发的数值波浪水槽[J]. 杨锦凌,孙大鹏. 中国水运(下半月). 2012(05)
[3]数值波浪水槽构建与二阶Stokes波仿真[J]. 黄华,邓冰,陈昱松,刘娟. 系统仿真学报. 2012(01)
[4]翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟[J]. 秦绪国,刘沛清,屈秋林. 北京航空航天大学学报. 2011(03)
[5]基于边界造波法的波浪数值生成[J]. 贺建镁,朱良生. 科学技术与工程. 2010(30)
[6]基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成[J]. 刘霞,谭国焕,王大国. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2010(01)
[7]基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J]. 董志,詹杰民. 水动力学研究与进展A辑. 2009(01)
[8]源造波法在三维完全非线性数值波浪水槽中的应用[J]. 宁德志,滕斌,周斌珍,刘珍. 大连海事大学学报. 2008(02)
[9]数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用[J]. 朱仁传,缪国平,向红贵,林兆伟. 上海造船. 2007(04)
[10]基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽[J]. 李凌,林兆伟,尤云祥,缪国平. 水动力学研究与进展A辑. 2007(01)
博士论文
[1]复杂组合体跨音速非定常气动力和颤振计算[D]. 郭同庆.南京航空航天大学 2006
[2]波浪与建筑物作用的数学模型研究与应用[D]. 谷汉斌.天津大学 2005
硕士论文
[1]风力机尾流流场的数值模拟[D]. 朱翀.南京航空航天大学 2012
[2]风—浪—流联合作用场数值模拟及其对圆柱构件的作用研究[D]. 韦承勋.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于OpenFOAM的数值造波与消波模型及其应用[D]. 查晶晶.上海交通大学 2011
[4]基于Fluent的波浪辐射与绕射问题数值模拟研究[D]. 胡俊明.哈尔滨工程大学 2011
[5]波浪的三维数值模拟及其应用[D]. 张婷.天津大学 2009
[6]海上风力机流体载荷研究[D]. 赵静.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：3186976
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3186976.html
