【摘要】：近年來,由于石油、煤炭等不可再生資源消耗加劇,一方面引起了人們對未來能源枯竭的擔(dān)憂;另一方面,這些化石燃料燃燒產(chǎn)生的大量污染物給全球人類帶來巨大健康威脅,也給當今社會帶來極大風(fēng)險。故而,對清潔的可再生能源的開發(fā)和利用逐漸得到全世界廣泛的重視。作為其中一種主要的可再生新能源,風(fēng)力發(fā)電也因此得到了大力發(fā)展,建造成本也不斷降低。但隨著風(fēng)電應(yīng)用比例的提高,陸上風(fēng)電占用土地資源、風(fēng)向不穩(wěn)定以及噪音污染等問題卻日益顯現(xiàn)。于是,人們將目光投向海洋,開始致力于海上風(fēng)資源的開發(fā)利用。因為海上風(fēng)能遠較陸上風(fēng)資源豐富,而且海洋面積廣闊,不占用土地資源。此外,海上人煙稀少,風(fēng)電機組運營時產(chǎn)生的噪音影響較小。因此,海上風(fēng)電將是未來風(fēng)力發(fā)電的一個重要發(fā)展方向。我國海上風(fēng)資源較為豐富,但受技術(shù)水平、技術(shù)成熟度和可靠性的限制,深遠海的開發(fā)還遠未達到成熟的商業(yè)化運行。目前,我國海上風(fēng)力發(fā)電仍以近海的固定式基礎(chǔ)風(fēng)力發(fā)電為主;但隨著裝機容量的增大,風(fēng)機機頭重量的不斷增加,對樁基礎(chǔ)承載力的要求也不斷提高,樁徑也不斷增大。工程上一般使用傳統(tǒng)的Morison公式計算波浪載荷,作為先期設(shè)計的基礎(chǔ)。但該公式僅適用于細長體結(jié)構(gòu),對于目前樁基礎(chǔ)直徑增大后的單樁大直徑基礎(chǔ),則不再適用。因此,急需一種既滿足工程上高效率計算的要求,又能提供一定精確度的方案。本文即基于勢流理論和模態(tài)疊加方法開發(fā)了一種用于計算單樁大直徑基礎(chǔ)的數(shù)值求解軟件。該軟件使用CPU和GPU并行技術(shù),進一步提高勢流理論高速計算的優(yōu)勢,能夠快速給出不同頻率下樁基礎(chǔ)受到的波浪載荷和結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)。為驗證和對比,本文還以一種近海風(fēng)機的固定式單樁大直徑基礎(chǔ)為研究對象,使用計算流體力學(xué)(CFD)軟件STAR-CCM+計算求解了該基礎(chǔ)在幾種典型的波浪工況(包括規(guī)則波和不規(guī)則波)及不同海底泥面條件下所受的波浪載荷。通過對不同條件下載荷的數(shù)值和幅值頻率進行比較分析,得出了不同情況下樁基礎(chǔ)受載的變化情況,總結(jié)了相關(guān)規(guī)律,為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。此外,本文還將上述數(shù)值模擬結(jié)果與MacCamy和Fuchs提出的大型直立圓柱繞射理論的結(jié)果進行了對比,從而分析了本文使用的數(shù)值模擬方法與勢流理論下對波浪載荷計算結(jié)果的差異。同時,本文還對樁基礎(chǔ)在波浪載荷作用下的結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)進行了分析。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM614;TU473.1
【圖文】：

圖 1-1 不同水深下的平臺形式Fig. 1-1 Different platforms for wind turbines in different conditions從上圖中可見在水深小于 30 m 情況下，一般使用重力式基礎(chǔ)或單樁基種情況一般位于近淺海，海況一般較低，風(fēng)浪不大，因此可使用較為廉價重力式基礎(chǔ)。不過由于重力式基礎(chǔ)對水底條件要求較高，如果水底不平整額外的平整費用，此時可考慮使用單樁基礎(chǔ)，將平臺直接固定于堅硬的基礎(chǔ)隨著水深的進一步加深，風(fēng)浪流作用加劇，單樁基礎(chǔ)的強度開始不足。采用三腳架等輔助裝置或桁架結(jié)構(gòu)。而在水深超過 50 m 的深水區(qū)，采用固定式基礎(chǔ)成本高昂，施工困難，時宜采用漂浮式基礎(chǔ)。漂浮式基礎(chǔ)通過錨泊系統(tǒng)固定于海底，平臺與錨泊有多種選擇，如圖中右起第二為張力腿平臺，這種平臺浮力大于重力，通系統(tǒng)中錨鏈的張力使其穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。此外，錨泊的固定方式也多樣壓式水筒可通過排凈筒內(nèi)空氣，依靠水壓、泥沙將水筒壓入海底淤泥中，定于海底。.3 海上風(fēng)電樁基礎(chǔ)動力學(xué)研究

圖 3-1 圍道 L 示意圖Fig. 3-1 The sketch of the contour為：( )( )( )( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )1002 202 2'4 cos sincossin cos sin cos cosnnnn n nn n n n nnn n nna ikH ik Rb ikk k z v k zk h K k h k h k h vh k hv kk h k z h K k Rhk hv vζζ + + + + + + + -45)和(3-44)，得到三維有限水深頻域 Green 函數(shù)的特) ( ) ( )( )( ) ( ) 2 2100 0 0 2 202 202 2124 cos cosnn n nnv kq i ch k h ch k z h H hk hv vv kk h k z h K hk hv vπ ζζ∞= = + + ++ + + + ∑

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 王文飛;錢俊良;張萌;馬尹樂;李肖;;風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀研究綜述[J];變頻器世界;2013年10期

2 肖運啟;賈淑娟;;我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)分析[J];華東電力;2010年02期

3 鄧軍,許唯臨,楊忠超,曲景學(xué);基巖沖刷的數(shù)值模擬[J];水科學(xué)進展;2005年01期

4 李福田,倪浩清;工程湍流模式的研究開發(fā)及其應(yīng)用[J];水利學(xué)報;2001年05期

5 賀五洲;戴遺山;;線元上分布奇點的誘導(dǎo)速度勢和誘導(dǎo)速度[J];哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)報;1991年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 姚平;CUDA平臺上的CPU/GPU異步計算模式[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

本文編號：2734542