【摘要】：潮流能作為一種清潔型海洋能源,取之不盡用之不竭。為充分利用和開發(fā)潮流能源,需建立一種能搭載發(fā)電裝置漂浮于海上的潮流能電站載體。由于搭載水輪機(jī)等發(fā)電裝置,潮流能電站載體中間往往有較大的開口,其結(jié)構(gòu)嚴(yán)重不連續(xù);搭載的水輪機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí),載體周圍的流場變得復(fù)雜;在海上漂浮時(shí),載體本身還受到系泊系統(tǒng)的影響。因此,計(jì)算載體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,初步了解載體在系泊狀態(tài)下的水動力特性是很有必要的。本文以雙體船為電站支撐載體,以豎軸水輪機(jī)作為主要發(fā)電設(shè)備,主要研究了潮流能電站載體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,并采用數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)相結(jié)合的方法探究了潮流能電站系統(tǒng)的水動力性能:首先,利用軟件建立潮流能電站載體的整船結(jié)構(gòu)模型,船體自身重力通過三維模型的板單元與梁單元模擬,其它設(shè)備以質(zhì)量點(diǎn)形式加載到船體上�；谌S勢流原理,采用設(shè)計(jì)波法模擬波浪載荷,確定并得到一種等效設(shè)計(jì)波,在該載荷作用下,計(jì)算出來的船體應(yīng)力水平能反映船舶在實(shí)際海況中最危險(xiǎn)的情況。其次,分析潮流能電站載體實(shí)際工作中受到的載荷:重力載荷、靜水及動水載荷、水輪機(jī)載荷;在fluent軟件中計(jì)算出水輪機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí),其葉片受到的力,將計(jì)算出的力轉(zhuǎn)化為水輪機(jī)作用在載體上的力,并將水輪機(jī)載荷和波浪載荷以組合工況的形式加載到電站載體上,計(jì)算屈服強(qiáng)度,并將結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明水輪機(jī)載荷對船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較小,當(dāng)波浪和潮流方向一致時(shí),水輪機(jī)工作載荷對整船結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響顯著,高應(yīng)力區(qū)域主要集中在連接橋以及搭載水輪機(jī)的井字架處,特別是連接橋與兩片體接觸的角隅處。最后,以潮流能電站系統(tǒng)為研究對象,考慮了在系泊狀態(tài)下搭載水輪機(jī)和不搭載水輪機(jī)時(shí)的兩種狀態(tài),分別對載體和系泊鏈在不同波浪參數(shù)規(guī)則波條件下的運(yùn)動特性進(jìn)行模型試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對船體在自由狀態(tài)下的運(yùn)動特性進(jìn)行校核,當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)吻合后,針對載體在系泊狀態(tài)下運(yùn)動響應(yīng)及系泊纜動力特性的研究進(jìn)行模型試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)測量了船體在不同搭載狀態(tài)和不同波浪參數(shù)下縱蕩和垂蕩的運(yùn)動加速度,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析,得到該潮流能電站載體在浪、流作用下的運(yùn)動規(guī)律。
[Abstract]:As a clean ocean energy, tidal energy is inexhaustible. In order to fully utilize and develop tidal energy, a carrier of tidal power station which can carry power generation devices floating on the sea should be established. Because of the large opening in the carrier of the tidal power station, the structure is seriously discontinuous, and the flow field around the carrier becomes complex when the turbine is rotated. When floating at sea, the carrier itself is also affected by the mooring system. Therefore, it is necessary to calculate the structural strength of the carrier and preliminarily understand the hydrodynamic characteristics of the carrier under mooring condition. In this paper, catamaran is used as the support carrier of the power station, and the vertical shaft turbine is used as the main generating equipment. The structural strength of the carrier of the tidal power station is studied. The hydrodynamic performance of tidal power plant system is studied by the method of numerical simulation and model test. Firstly, the whole ship structure model of tidal current power plant carrier is established by software. The gravity of the hull is simulated by the plate element and the beam element of the 3D model, and other equipments are loaded into the hull in the form of mass points. Based on the three-dimensional potential flow principle, the design wave method is used to simulate the wave load, and an equivalent design wave is determined and obtained. Under this load, the calculated hull stress level can reflect the most dangerous situation of the ship in the actual sea condition. Secondly, the loads in the actual work of the carrier of the tidal power station are analyzed: gravity load, hydrostatic load and hydrodynamic load, hydraulic turbine load; When the turbine rotates, the force on the blade of the turbine is calculated in fluent software. The calculated force is converted into the force acting on the carrier of the turbine, and the load of the turbine and the wave load are loaded on the carrier of the power station in the form of combined working conditions. The yield strength is calculated and the results are compared and analyzed. The results show that the hydraulic turbine load has little effect on the strength of the hull structure. When the direction of wave and tide is the same, the working load of the turbine has a significant effect on the strength of the whole ship. The high stress region mainly concentrates on the connecting bridge and the well frame of the hydraulic turbine, especially the corner of the connection bridge and the two pieces. Finally, taking the power flow power station system as the research object, two kinds of states of the turbine under mooring and without the turbine are considered. The motion characteristics of carrier and mooring chain under regular wave conditions with different wave parameters were tested. When the experimental data are in agreement with the theoretical calculation data, the model tests are carried out on the mooring response of the carrier and the dynamic characteristics of the mooring cable. The acceleration of longitudinal and vertical motion of ship under different loading states and different wave parameters is measured experimentally. The experimental results are compared and analyzed, and the motion law of the carrier of the power plant under the action of wave and current is obtained.
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.37

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本文編號：2402107