本文關鍵詞：海上浮式風機平臺動力特性的研究

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【摘要】：海上風能有著風速高、湍流程度小、主導風向穩(wěn)定等優(yōu)勢。特別是對于我國人口密集且電力需求較大的東部沿海地區(qū),開發(fā)海上風能在提供清潔高效的電力能源的同時不會占用日益緊張的土地資源。但是海上風能資源多分布在離岸超過10km的海域,而這些海域水深一般在30 m以上,超過了固定式海上風機的適用、經濟范圍。為能有效地開發(fā)利用深水風能、提高海上風電場的經濟性,可以將風力發(fā)電機安裝在浮式平臺上形成海上浮式風機以適應更大的水深。但浮式平臺受風、浪、流等多種環(huán)境荷載的作用,且存在耦合與非線性等效應,動力響應特性相對復雜,研究其動力特性對于推進浮式風機的大規(guī)模應用具有重要意義。為此本文做了以下三個方面的研究:(1)研究了氣動阻尼對浮式平臺頻域響應的影響,選取了美國可再生能源實驗室(NREL)提出的5MW風力機和某spar浮式平臺模型作為算例,利用氣動阻尼計算方法建立氣動阻尼矩陣,再基于勢流理論計算浮式平臺的水動力系數(shù),并考慮系泊系統(tǒng)剛度,在頻域內分別建立并求解考慮與不考慮氣動阻尼兩種情況下的浮式平臺運動方程。利用求解方程得到的幅頻響應算子(RAOs)及結合JONSWAP海浪譜得到的響應譜,在頻域內分析了氣動阻尼對浮式平臺運動的影響。(2)對某半潛型浮式風機進行了時域耦合分析,先基于延遲函數(shù)法,利用軟件Orcaflex和FAST建立了浮式風機耦合時域分析模型,并簡要的闡明了該分析方法的基本原理和過程。進而分析了葉輪的風荷載、塔頂位移、浮式平臺縱搖運動之間的耦合,以及系泊錨鏈張力、浮式平臺縱蕩運動之間的耦合,并分析了風力機在啟動過程中葉輪的風荷載、塔底彎矩、系泊張力等荷載與內力的瞬態(tài)響應,最后通過位移響應譜分析了浮式平臺在各自由度響應的頻率特性及其對工況和荷載方向的敏感性。(3)研究了氣動荷載對系泊疲勞壽命影響,選取NREL提出的5MW風力機和某半潛型浮式平臺為分析對象,并設計了對應的系泊系統(tǒng),基于環(huán)境荷載理論,利用軟件FAST和Orcaflex建立浮式風機耦合時域分析模型,并根據(jù)不同的環(huán)境荷載模型設置了數(shù)種時域分析工況。再考慮海洋環(huán)境的長期分布,利用系泊張力時程和雨流計算法,結合Miner線性損傷累積理論和系泊T-N曲線,計算了各個分析工況中的系泊疲勞壽命。通過對比各個分析工況中系泊的疲勞壽命,分析了氣動荷載對系泊疲勞壽命的影響。
【關鍵詞】：海上浮式風機 氣動阻尼 時域耦合分析 系泊疲勞
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315;U661.3;U674.37
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀與不足14-19
• 1.2.1 浮式風機平臺頻域響應分析15-16
• 1.2.2 浮式風機平臺時域耦合分析16-17
• 1.2.3 浮式風機平臺系泊疲勞壽命分析17-19
• 1.3 本文研究的主要內容19-20
• 第2章 海洋環(huán)境的模擬與荷載計算20-27
• 2.1 風與風荷載20-22
• 2.1.1 風場的模擬20-21
• 2.1.2 風荷載的計算21-22
• 2.2 波浪與波浪荷載22-26
• 2.2.1 波浪的模擬22-24
• 2.2.1.1 線性波浪理論22-23
• 2.2.1.2 隨機波浪23-24
• 2.2.2 波浪力的計算24-26
• 2.2.2.1 莫里森方程24
• 2.2.2.2 繞射理論24-26
• 2.3 本章小結26-27
• 第3章 浮式風機平臺頻域響應分析27-41
• 3.1 概述27
• 3.2 氣動阻尼27-31
• 3.2.1 產生機理與對平臺運動的影響27-28
• 3.2.2 氣動阻尼的計算28-30
• 3.2.3 氣動阻尼矩陣30-31
• 3.3 水動力系數(shù)和系泊剛度31-32
• 3.3.1 水動力系數(shù)31-32
• 3.3.2 系泊剛度32
• 3.4 頻域內運動方程32-35
• 3.4.1 浮式平臺運動方程的建立32-34
• 3.4.2 幅頻響應算子與響應譜34-35
• 3.5 算例分析35-40
• 3.5.1 計算模型35
• 3.5.2 分析工況35-36
• 3.5.3 計算結果36-40
• 3.5.3.1 氣動阻尼比36-37
• 3.5.3.2 幅頻響應算子37-38
• 3.5.3.3 響應譜38-40
• 3.6 本章小結40-41
• 第4章 浮式風機平臺耦合時域分析41-58
• 4.1 概述41
• 4.2 浮式結構時域分析基本理論41-44
• 4.2.1 時域內附加質量與延遲函數(shù)的計算41-43
• 4.2.2 時域內波浪力的計算43-44
• 4.2.3 浮式平臺時域內的運動方程44
• 4.3 浮式風機時域耦合分析方法44-46
• 4.3.1 分析軟件44-45
• 4.3.2 分析流程45-46
• 4.4 分析模型46-50
• 4.4.1 質量與水動力模型47-48
• 4.4.2 系泊模型48-49
• 4.4.3 分析工況49-50
• 4.5 計算結果與分析50-57
• 4.5.1 耦合動力效應分析50-51
• 4.5.2 瞬態(tài)響應分析51-53
• 4.5.3 浮式平臺的位移響應譜分析53-57
• 4.5.3.1 作業(yè)工況下平臺的位移響應譜53-55
• 4.5.3.2 自存工況下平臺的位移響應譜55-57
• 4.6 本章小結57-58
• 第5章 浮式風機平臺系泊疲勞壽命分析58-68
• 5.1 概述58
• 5.2 環(huán)境荷載58-60
• 5.2.1 風場的模擬58-59
• 5.2.2 氣動荷載59
• 5.2.3 隨機波浪與水動力荷載59-60
• 5.3 耦合分析模型60
• 5.4 系泊疲勞壽命分析方法60-61
• 5.4.1 系泊的T-N曲線60
• 5.4.2 系泊疲勞壽命計算60-61
• 5.5 計算模型與環(huán)境參數(shù)61-63
• 5.5.1 計算模型61-62
• 5.5.2 環(huán)境參數(shù)與分析工況62-63
• 5.6 計算結果與分析63-67
• 5.6.1 氣動荷載的影響63
• 5.6.2 湍流強度的影響63-64
• 5.6.3 縱蕩位移與系泊張力分析64-67
• 5.7 結論67-68
• 結論與展望68-70
• 參考文獻70-75
• 致謝75-76
• 附錄A (攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文及參與的項目)76

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10 唐友剛;張素俠;張海燕;張若瑜;趙文斌;;深海平臺系泊系統(tǒng)中的非線性動力學問題[A];第十一屆全國非線性振動學術會議暨第八屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議論文集[C];2007年

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1 鄭中強;海洋系泊系統(tǒng)的非線性動力學研究[D];中國海洋大學;2015年

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10 孫明坤;系泊船舶纜繩受力控制系統(tǒng)研究[D];大連理工大學;2006年

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本文編號：1044756