风波耦合作用下风载荷对两种漂浮式风力机平台动态响应影响

发布时间：2021-07-17 17:26

　　为分析风载荷对漂浮式平台的重要影响,建立了基于单桩式及张力腿平台的漂浮式风力机整机模型,基于叶素-动量理论与辐射/绕射理论,运用水动力软件AQWA并结合有限元方法验证了风载荷及风波耦合的重要性,研究了波浪单独及风波耦合作用下漂浮式平台的时频域动态响应。结果表明:风载荷使平台产生了较大纵荡与垂荡漂移,其产生的倾覆力矩改变了纵摇平衡位置,风载荷使纵荡响应偏离平衡位置较垂荡与纵摇响应明显;对于纵荡响应,风载荷使两平台低频固有频率处的响应峰值增加;对于垂荡响应,风载荷使单桩式平台固有频率处的响应峰值减小,使张力腿平台纵荡-垂荡耦合响应及波浪频率处的响应峰值大幅增加;对于纵摇响应,风载荷使单桩式平台及张力腿平台低频固有频率处的响应峰值大幅增加;风载荷是引起单桩式平台纵荡-垂荡耦合运动的关键因素;波浪载荷是引起张力腿平台纵荡响应幅值较大的关键因素。 

【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(06)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

漂浮式风力机整机模型

图2为叶素气动力与叶素速度三角形示意图,其中φ为入流角(°),φ=α+β;α为攻角(°),β为桨距角(°),Ω为旋转角速度(rad/s);a为轴向诱导因子,a′为切向诱导因子,W为相对气流速度(m/s),U为绝对速度(m/s)。W= U 2 (1-a) 2 +Ω 2 r 2 (1+a ′ ) 2 ?????? ??? (1)

波浪载荷求解方法主要有切片理论[23]、莫里森方程[24]及其修正方法和辐射/绕射理论[25]3种。切片理论认为可将结构物分割为若干薄片,作用在结构物上的水动力可由作用在每个薄片上的水动力叠加得到,将三维问题转化为二维问题,此法对求解长宽比大于3的结构物有较高准确性。莫里森方程及其修正方法假定结构物的存在对波浪运动无显著影响,认为波浪对结构物的作用主要由附加质量效应与粘滞效应引起,适用于结构物特征长度小于1/5波长的小尺度结构物。漂浮式平台同波长相比属大尺度结构物,平台的存在使波浪发生变化,产生的绕射作用无法忽略,同时漂浮式平台不属尖瘦类结构,因此选用辐射/绕射理论来求解波浪载荷。波浪作用下,流场速度势主要由3部分组成[26]。

【参考文献】：
期刊论文
[1]极限海况下Spar平台漂浮式风电场平台动态响应研究[J]. 王博,丁勤卫,李春,邓允河.  热能动力工程. 2019(09)
[2]新型漂浮式风力机半潜平台抑制摇荡运动设计研究[J]. 黄致谦,丁勤卫,李春,韩志伟.  中国电机工程学报. 2018(24)
[3]风浪流作用下漂浮式DeepCWind浮式平台动力性能和系泊系统的影响[J]. 吴国强,周岱,雷航,马晋.  科学技术与工程. 2018(11)
[4]基于不同结构的漂浮式风力机Spar平台静动力学性能研究[J]. 刘宇航,李春,丁勤卫,王渊博,YE Ke-hua.  热能动力工程. 2017(12)
[5]螺旋侧板对漂浮式风力机平台动态响应的影响[J]. 丁勤卫,李春,王东华,张楠,叶舟.  动力工程学报. 2016(08)
[6]新型海上浮式风力机概念设计[J]. 任年鑫,马哲,欧进萍.  太阳能学报. 2012(10)
[7]考虑多种非线性因素的张力腿平台动力响应[J]. 曾晓辉,沈晓鹏,刘洋,吴应湘.  海洋工程. 2006(02)

硕士论文
[1]串联浮筒张力腿式平台水动力性能优化[D]. 张倩.大连理工大学 2018



本文编号：3288616