【摘要】：近年來,面對能源短缺、大氣污染及CO_2等溫室氣體過度排放的壓力,人們對發(fā)展清潔能源的需求迫在眉睫。其中風(fēng)能作為一種古老的清潔能源,近些年來飛速發(fā)展。目前世界上對于陸上風(fēng)電的研究已經(jīng)十分成熟,海上風(fēng)電正快速發(fā)展。由于我國能源需求主要集中在中東部地區(qū),因此研究海上浮式風(fēng)力機具有非常重要的意義。由于在水深超過50m的海域,張力腿式風(fēng)力機結(jié)構(gòu)具有較大的經(jīng)濟性,故很適合作為海上浮式風(fēng)力機基礎(chǔ)。由于張力腿式結(jié)構(gòu)屬于半順應(yīng)式半固定式結(jié)構(gòu),故張力腿式風(fēng)力機的水平運動較大,垂向運動較好。然而海上風(fēng)力機受到的水平風(fēng)荷載的作用較大,因此有效抑制風(fēng)力機平臺的水平運動響應(yīng)對于提高張力腿式風(fēng)力機的穩(wěn)定性和發(fā)電能力十分重要。本文以串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機為研究對象,詳細(xì)討論了在張力筋腱上串聯(lián)浮筒對風(fēng)力機水平運動響應(yīng)的抑制效果,并通過頻域分析、時域仿真模擬等手段,探索不同浮筒參數(shù)對縱蕩響應(yīng)的抑制效果,并對新型串聯(lián)浮筒的水深適應(yīng)性進(jìn)行了驗證。首先,采用頻域分析的方法,推導(dǎo)了新型串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機的系泊剛度矩陣、系泊阻尼、粘性阻尼,構(gòu)建了頻域運動方程。基于擬靜力分析的方法分析了不同浮筒參數(shù)對串聯(lián)浮筒抑制風(fēng)力機水平運動效果的影響,結(jié)果表明增大浮筒浮力、提高浮筒串聯(lián)位置能顯著提升結(jié)構(gòu)的水平回復(fù)力。其次,基于時域的方法深入討論了不同浮筒參數(shù)對張力腿式風(fēng)力機運動響應(yīng)的影響,并利用模態(tài)分析的方法研究了張力筋腱模態(tài)與風(fēng)力機運動響應(yīng)抑制段的關(guān)系,結(jié)果表明提高浮筒位置,減小浮筒排水量可以減小張力腱模態(tài)對應(yīng)的振動周期,進(jìn)而使運動響應(yīng)抑制段覆蓋常見波浪段。再次,研究了串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機在南海某海域工作海況下的水動力性能,并對串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機水深適應(yīng)性進(jìn)行探索。結(jié)果表明在工作海況下串聯(lián)浮筒能有效抑制風(fēng)力機的縱蕩運動響應(yīng),隨著水深增加,縱蕩抑制段左移,串聯(lián)浮筒將不再適用。最后,由于傳統(tǒng)時域分析軟件不能很好地處理張力筋腱上串聯(lián)浮筒的問題,且不能計算浮筒的運動狀態(tài),因此本文基于MATLAB軟件開發(fā)了適用于新型串聯(lián)浮筒張力腿式風(fēng)力機的時域仿真程序,考慮了浮筒與風(fēng)力機基礎(chǔ)之間的多體耦合效應(yīng),且能夠計算各個浮筒在任一時刻的運動狀態(tài)。
【圖文】：

46.0~61.0 1.4061.0~76.0 1.47載式結(jié)構(gòu)物，流荷載的計算可以根據(jù)模塊法進(jìn)行，，根據(jù) API RP 2式為2( )cs ss d c d f cF C C A C A VcsF — 流荷載；ssC — 流力系數(shù)，對于浮式平臺建議取 515.622 4N s m；dC — 拖曳力系數(shù)，對于圓形單元取 0.5，對于平面單元參考圖cA — 水線下面圓柱形構(gòu)件的投影面積總和；fA —水線下面平板構(gòu)件的投影面積總和；w — 來流速度。

本文就不同波要素規(guī)則波作用下風(fēng)力機基礎(chǔ)的縱蕩響應(yīng)進(jìn)行了細(xì)致地研究。如圖4.11~4.12 分別是不同入射角及不同波高條件下張力腿式風(fēng)力機的運動響應(yīng)結(jié)果，張力腿式風(fēng)力機水動力模型同上，水深 170m、串聯(lián)浮筒位于水下 95m 處、每個浮筒提供 250t排水量的升力、波浪為周期 10s 規(guī)則波。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TK83

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本文編號：2631963