【摘要】：為了人類的可持續(xù)發(fā)展,世界各國在可再生能源領(lǐng)域開展了大量研究。其中,海上風(fēng)電因其風(fēng)能儲(chǔ)量大、受條件限制少等固有優(yōu)勢得到了諸多國家的重視,而海上風(fēng)電平臺(tái)的研發(fā)和設(shè)計(jì)是海上風(fēng)電場建設(shè)的重點(diǎn)。本文首先對海上風(fēng)電場建設(shè)所需的固定式和漂浮式兩大類基礎(chǔ)進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹,根據(jù)未來海上風(fēng)電的發(fā)展方向選擇了WindFloat海上半潛式風(fēng)電平臺(tái)作為研究對象。將模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種主流的研究方法進(jìn)行結(jié)合,對海上風(fēng)電平臺(tái)的水動(dòng)力性能和運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析。首先,本文采用了模型試驗(yàn)的方案,進(jìn)行了平臺(tái)模型在靜水中和規(guī)則波中的試驗(yàn)。通過平臺(tái)在靜水中進(jìn)行的自由衰減運(yùn)動(dòng),獲取了平臺(tái)的固有頻率等基本參數(shù)。在規(guī)則波試驗(yàn)中,得出了平臺(tái)垂蕩、縱蕩、縱搖運(yùn)動(dòng)的幅值響應(yīng)算子,并分析比較了三根錨鏈和四根錨鏈這兩種系泊狀態(tài)下平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性。其次,本文使用商業(yè)CFD軟件STAR-CCM+建立了數(shù)值計(jì)算模型。首先對網(wǎng)格和時(shí)間步收斂性進(jìn)行了分析,隨后將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,結(jié)果吻合較好,驗(yàn)證了本數(shù)值計(jì)算模型的可行性和準(zhǔn)確性。使用該數(shù)值模型對本論文試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,結(jié)果顯示靜水工況下數(shù)值計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度較高,規(guī)則波工況存在一定數(shù)值差異,但整體趨勢一致。同時(shí)重點(diǎn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果差異進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析。然后引入Guanqing Hu等人設(shè)計(jì)的一體式阻尼板平臺(tái),分析了一體式阻尼板平臺(tái)和WindFloat平臺(tái)二者在靜水、規(guī)則波以及非規(guī)則波下的水動(dòng)力性能及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性差異,驗(yàn)證了新設(shè)計(jì)的一體式阻尼板平臺(tái)水動(dòng)力性能總體上優(yōu)于WindFloat平臺(tái)。最后,使用三維勢流軟件AQWA建立平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性的頻域和時(shí)域計(jì)算模型,并對該模型進(jìn)行粘性修正。選取試驗(yàn)典型工況進(jìn)行計(jì)算對比,結(jié)果吻合良好。隨后基于控制變量的原則,分析了波浪入射角度、水深、系泊纜長度以及系泊纜數(shù)量對浮式平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著波浪入射角度的增加,縱蕩和縱搖響應(yīng)減小,橫搖響應(yīng)增大,垂蕩響應(yīng)基本不變。隨著錨鏈長度的增加,垂蕩響應(yīng)平均值和垂蕩響應(yīng)幅度增大,縱蕩位移平均值增大。系泊系統(tǒng)的垂蕩約束力隨著錨鏈長度的增加而減小,縱蕩和縱搖約束力范圍隨著錨鏈長度的縮短而增大。水深的增加對垂蕩運(yùn)動(dòng)和縱蕩運(yùn)動(dòng)影響較為明顯,而對于縱搖運(yùn)動(dòng)影響較小。系泊纜數(shù)量的增加可以減小平臺(tái)的垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。三根系泊纜和六根系泊纜由于其系泊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置的對稱性而使平臺(tái)在不同波向角下表現(xiàn)出類似的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)變化趨勢。但六根系泊纜狀態(tài)下平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)有義值最小。
【圖文】：

圖 1.1 陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀Fig. 1.1 Current development of onshore wind power and offshore wind power為了更好的發(fā)展海上風(fēng)電，，眾多國家都大力開展海上風(fēng)電裝備的研究。海上風(fēng)力機(jī)的基礎(chǔ)部分對風(fēng)機(jī)整體系統(tǒng)的安全工作運(yùn)行十分重要，海上風(fēng)電平臺(tái)整體因?yàn)樯?

海上風(fēng)電平臺(tái)基礎(chǔ)Fig.1.2Offshorewindturbinefoundation
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM614;P752;U674.37

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本文編號(hào)：2644101