針對(duì)一種具有"風(fēng)標(biāo)效應(yīng)"的新式單點(diǎn)系泊半潛型浮式風(fēng)力機(jī),建立了風(fēng)機(jī)-塔柱-基礎(chǔ)-系泊線耦合的分析模型,采用葉素動(dòng)量理論計(jì)算葉片空氣動(dòng)力載荷,采用混合模型計(jì)算波浪載荷。通過(guò)風(fēng)力機(jī)數(shù)值仿真軟件FAST對(duì)該新型浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬,研究不同環(huán)境載荷方向下,單點(diǎn)系泊浮式風(fēng)力機(jī)的"風(fēng)標(biāo)效應(yīng)"和運(yùn)動(dòng)性能。時(shí)域計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)風(fēng)載荷和波浪載荷的入射方向不同時(shí),采用單點(diǎn)系泊的浮式風(fēng)力機(jī)依然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)風(fēng)的功能。對(duì)頻域結(jié)果分析發(fā)現(xiàn),風(fēng)載荷主要影響浮式基礎(chǔ)的平衡位置,波浪載荷主要影響在平衡位置附近的振蕩運(yùn)動(dòng)。由此可見(jiàn),相比于浮式基礎(chǔ)受到的定常波浪力,風(fēng)輪上的推力更占據(jù)主導(dǎo)地位。 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018,39(08)北大核心EICSCD

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浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)圖

的有效性［9］。隨著水深的增加，轉(zhuǎn)塔式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性要優(yōu)于塔架式單點(diǎn)系泊系統(tǒng)。出于這方面考慮，本文浮式風(fēng)力機(jī)的系泊系統(tǒng)借鑒轉(zhuǎn)塔式系泊系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用多根錨鏈系泊在同一點(diǎn)的方式進(jìn)行系泊。系泊轉(zhuǎn)塔選取在浮式風(fēng)力機(jī)塔柱所在的主立柱正下方。浮式基礎(chǔ)共設(shè)6根錨鏈?zhǔn)较挡蠢|，夾角為60°布置，系泊纜布置如圖2所示。錨鏈的名義鏈徑為76.6mm，干重113.35kg/m，濕重108.63kg/m，單根錨鏈長(zhǎng)度為835.5m，系泊點(diǎn)水平距離為796.732m;抗拉剛度為753600kN。圖2系泊纜布置示意圖Fig．2Arrangementofthemooringlines1.3單點(diǎn)系泊浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值模擬方法和數(shù)據(jù)根據(jù)浮式基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用SESAM軟件的WADAM模塊建立浮式基礎(chǔ)數(shù)值模型，基于勢(shì)流理論求解相關(guān)的水動(dòng)力系數(shù)，作為FAST的輸入文件。FAST是一款由美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NＲEL)針對(duì)風(fēng)力機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)和結(jié)構(gòu)載荷分析所開(kāi)發(fā)的程序，廣泛應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)數(shù)值模擬研究。針對(duì)本文提出的單點(diǎn)系泊浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)，在FAST軟件中建立單點(diǎn)系泊系統(tǒng)、浮式基礎(chǔ)、塔柱、葉片在內(nèi)的整體分析模型，綜合考慮氣動(dòng)－水動(dòng)－系泊－伺服系統(tǒng)的耦合作用，求解單點(diǎn)系泊浮式風(fēng)力機(jī)在給定環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。其中氣動(dòng)載荷的計(jì)算基于葉素動(dòng)量理論，具體分析方法將在后面的章節(jié)中給出。在數(shù)值模擬過(guò)程中，依次改變風(fēng)向和浪向，根據(jù)FAST計(jì)算得到的時(shí)域結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。研究當(dāng)風(fēng)和波浪的入射方向不同時(shí)，這種單點(diǎn)系泊浮式風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，并驗(yàn)證采用單點(diǎn)系泊的浮式風(fēng)力機(jī)在不同的風(fēng)浪組合海況下，依然可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)風(fēng)的功能。2浮式風(fēng)力機(jī)載荷分析方法風(fēng)力發(fā)電機(jī)

分別為每個(gè)葉素的升力系數(shù)和阻力系數(shù);α為氣流吹到弦的攻角，對(duì)升力和阻力系數(shù)均有影響。圖3為葉素上的力的關(guān)系圖。由動(dòng)量理論可得:dT=4πrρV2a(1－a)dr(3)dM=4πr3ρV(1－a)a'Ωrdr(4)式中:V是風(fēng)的初始入流速度，Ωr為風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，a和a'分別為軸向和周向誘導(dǎo)因子。將式(1)、(3)以及(2)、(4)分別聯(lián)立，經(jīng)過(guò)迭代求解，即可得到葉片上的推力和轉(zhuǎn)矩。塔柱上的氣動(dòng)載荷由塔架直徑及拖曳力系數(shù)等計(jì)算求解。圖3葉素上的力Fig．3Illustrationoftheforcesonabladeelement2.2波浪載荷與陸上風(fēng)機(jī)相比，海上浮式風(fēng)力機(jī)還要受到波浪載荷的作用。綜合考慮計(jì)算精度與計(jì)算成本，本·0331·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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