介紹自主研發(fā)的海上浮式風(fēng)機(jī)時域耦合仿真程序的基本原理及其關(guān)鍵技術(shù).該程序利用非穩(wěn)態(tài)葉素-動量理論計(jì)算海上浮式風(fēng)機(jī)的氣動載荷;利用勢流理論和Morison方程計(jì)算海上浮式風(fēng)機(jī)的水動力載荷;利用準(zhǔn)靜態(tài)懸鏈線模型計(jì)算錨泊系統(tǒng)的作用;利用Kane動力學(xué)方程構(gòu)建系統(tǒng)的動力學(xué)控制方程;利用變槳距和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器調(diào)節(jié)海上浮式風(fēng)機(jī)的風(fēng)能捕獲效率.研究開展同類程序的對比驗(yàn)證,結(jié)果表明該時域耦合程序能夠準(zhǔn)確地反映海上浮式風(fēng)機(jī)復(fù)雜的耦合動力學(xué)特性,為海上浮式風(fēng)機(jī)的耦合動力理論研究和數(shù)值程序開發(fā)提供一定的參考依據(jù). 

【文章來源】：上海交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2019,53(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

懸鏈線錨泊示意圖

式中:a為軸向誘導(dǎo)系數(shù);a′為切向誘導(dǎo)系數(shù);σ=crbBblade/(2πrb)為風(fēng)輪實(shí)度,其中Bblade為槳葉數(shù),rb為葉素的徑向長度,crb為葉素局部弦長;?為入流角;CL和CD分別是葉素升力和阻力系數(shù).在經(jīng)典的葉素動量理論中,假定葉輪只有轉(zhuǎn)動,且來流是空間均勻和時間定常的.但對于實(shí)際的海上浮式風(fēng)機(jī)而言,空氣流動是時空變化的,浮式平臺的運(yùn)動也會引起槳葉的運(yùn)動,加劇其相對入流風(fēng)速的變化,氣動誘導(dǎo)系數(shù)也隨時空所變化,因此必須考慮非定常的局部氣動模型,如圖2所示.其中,α為葉素的局部入流攻角.為了簡化模型,各葉素的氣動性能只考慮小范圍控制體內(nèi)的影響.其研究的單元?dú)鈩佑绊憛^(qū)域?yàn)橐粋�扇形區(qū)域,如圖2(c)所示.該扇形區(qū)域面積是圖2(a)所示的環(huán)形控制體區(qū)域面積的1/3,即在當(dāng)前時刻每個槳葉的葉素氣動計(jì)算只考慮該槳葉附近區(qū)域的影響.

DARwind程序采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器和槳距角控制器.當(dāng)風(fēng)速小于額定風(fēng)速時,以優(yōu)化風(fēng)能捕獲效率為目標(biāo),通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)而調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的最佳葉尖速比;當(dāng)風(fēng)速達(dá)到或超過額定風(fēng)速后,則主要通過改變槳距角控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣動性能,進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定功率的目的.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制器需要根據(jù)不同的風(fēng)速或轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)的控制,如圖3所示.當(dāng)風(fēng)速小于規(guī)定的切入風(fēng)速時,風(fēng)能利用價(jià)值較小,風(fēng)機(jī)剎車不進(jìn)行電能生產(chǎn)(見圖3中的區(qū)域 1);當(dāng)風(fēng)速大于或等于切入風(fēng)速且小于額定風(fēng)速時,按照不同轉(zhuǎn)速Ω,可將其劃分為3個階段,分別為區(qū)域 1 1 2 ,區(qū)域2和區(qū)域 2 1 2 .當(dāng)處于區(qū)域 1 1 2 時,風(fēng)機(jī)開始利用風(fēng)能,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Ttor正比于Ω以維持較佳的葉尖速比,使得風(fēng)機(jī)的功率系數(shù)最大,以提高捕風(fēng)效率;當(dāng)處于區(qū)域2時,風(fēng)速進(jìn)一步增大,轉(zhuǎn)速也相應(yīng)增加,風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Ttor調(diào)整為與Ω的二次方成正比;當(dāng)處于區(qū)域 2 1 2 時,風(fēng)速接近額定風(fēng)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩Ttor和轉(zhuǎn)速重新調(diào)整為線性關(guān)系,作為額定工況和非額定工況間的一個過渡區(qū)域;當(dāng)處于區(qū)域3時,風(fēng)速超過額定設(shè)計(jì)值,保持恒定的轉(zhuǎn)矩,采用變槳距角調(diào)節(jié)以約束風(fēng)機(jī)功率維持額定值.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3096535