Spar型海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)耦合計(jì)算方法及性能研究.pdf

1、風(fēng)能清潔無(wú)污染、可再生，是極具發(fā)展?jié)摿Φ囊环N可再生能源，相應(yīng)地，海上風(fēng)能發(fā)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用在全球范圍內(nèi)增長(zhǎng)迅猛。相對(duì)于陸地上、近海淺水海域風(fēng)資源相比，遠(yuǎn)海深水水域風(fēng)資源更豐富、平均風(fēng)速更高、風(fēng)也更穩(wěn)定，且深?？衫脜^(qū)域大，從風(fēng)電產(chǎn)量及發(fā)電穩(wěn)定性方面考慮，適合風(fēng)電開(kāi)發(fā)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，海上浮式風(fēng)力機(jī)研究成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)與陸地風(fēng)力機(jī)以及浮式采油平臺(tái)不同，浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)處于復(fù)雜海洋環(huán)境中，其載荷和運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性和非

2、定常性。雖然國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的數(shù)值計(jì)算工具，但在運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響規(guī)律、在風(fēng)浪環(huán)境下浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)特性等方面沒(méi)有完整的認(rèn)知和論述。本文以海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象，將廣義動(dòng)態(tài)尾流（GDW）理論、Beddoes-Leishman動(dòng)態(tài)失速理論、葉素理論、完全細(xì)長(zhǎng)體理論及懸鏈線理論等結(jié)合，針對(duì)浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)研究了葉輪氣動(dòng)特性以及風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性。
　　在風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)力方面，本文基于風(fēng)力機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)和海洋工程坐

3、標(biāo)系統(tǒng)建立了適用于海上浮式風(fēng)力機(jī)的坐標(biāo)系統(tǒng)；基于廣義動(dòng)態(tài)尾流（GDW）理論、Beddoes-Leishman動(dòng)態(tài)失速理論、葉素理論建立了海上浮式風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)數(shù)值模型，并驗(yàn)證了該數(shù)值模型的準(zhǔn)確性；以NREL5MW風(fēng)力機(jī)為計(jì)算模型，研究了控制系統(tǒng)工作、不工作兩種狀態(tài)下風(fēng)力機(jī)偏航氣動(dòng)特性，研究了周期性縱蕩對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響，并總結(jié)了影響規(guī)律。
　　在浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)模型方面，建立了浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的時(shí)域非線性耦合動(dòng)力學(xué)方程；建立

4、了風(fēng)環(huán)境，根據(jù)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)載荷數(shù)值模型、海洋結(jié)構(gòu)物風(fēng)載荷模型建立了浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的風(fēng)載荷模型；在考慮規(guī)則波、不規(guī)則波和海流作用的基礎(chǔ)上，基于細(xì)長(zhǎng)體理論建立風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)水環(huán)境數(shù)值模型以及水動(dòng)力載荷計(jì)算模型；基于準(zhǔn)靜態(tài)懸鏈線理論建立了系泊系統(tǒng)數(shù)值模型；形成了海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模型。根據(jù)環(huán)境條件分別分析了定常風(fēng)和規(guī)則波對(duì) Spar型海上浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，在隨機(jī)風(fēng)浪環(huán)境條件下分析了 Spar型浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性，總結(jié)了風(fēng)