海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)的設(shè)計中通常只考慮共線風(fēng)浪。然而浮式風(fēng)機的動力特性與傳統(tǒng)的固定式風(fēng)機有顯著不同,風(fēng)浪荷載對其結(jié)構(gòu)的影響仍需進(jìn)行深入研究。為探究風(fēng)浪夾角變化對浮式風(fēng)機系泊的影響,采用FAST-Orcaflex軟件建立了浮式風(fēng)機的耦合模型并進(jìn)行了時域分析,得到了多種代表海況及不同風(fēng)機運轉(zhuǎn)狀態(tài)下系泊的張力和平臺的運動響應(yīng),并對模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:共線風(fēng)浪會造成最大的系泊張力以及除艏搖外最大的平臺運動響應(yīng);但在溫和海況下,風(fēng)機停機時,不共線風(fēng)浪會造成更大的系泊疲勞損傷。因此建議:在評估溫和海況下系泊的疲勞損傷時,至少考慮風(fēng)機停機狀態(tài)下風(fēng)浪夾角為0°和90°的工況;在系泊的疲勞壽命評估中,應(yīng)結(jié)合風(fēng)浪作用方向散布圖,考慮溫和海況下的風(fēng)浪不共線工況。 

【文章來源】：土木工程與管理學(xué)報. 2018,35(01)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

浮式風(fēng)機模型

第1期鄧露等:風(fēng)浪夾角變化對海上浮式風(fēng)機系泊的影響圖2系泊系統(tǒng)布置/m1．2風(fēng)機耦合模型風(fēng)機的數(shù)值模擬采用FAST-Orcaflex耦合軟件。FAST為美國國家可再生能源實驗室(NＲEL)的開源風(fēng)機仿真軟件，用于模擬風(fēng)力機及風(fēng)機塔架，不同的模塊分別用于計算空氣動力、彈性動力以及模擬風(fēng)機控制系統(tǒng)等。Orcaflex則采用集中質(zhì)量法模擬系泊系統(tǒng)，其模型的平臺水動力參數(shù)由以WAMIT為核心程序的HydroD軟件計算得到。FAST與Orcaflex之間通過動態(tài)鏈接庫FASTLink傳遞數(shù)據(jù)。國際能源署(Interna-tionalEnergyAssociation，IEA)的風(fēng)能項目Off-shoreCodeComparisonCollaborationContinuation(OC4)驗證了FAST-Orcaflex耦合工具的可靠性［12］。浮式風(fēng)機可分為上部風(fēng)力機、浮式平臺和系泊系統(tǒng)三部分。浮式平臺的水動力模型同時考慮了勢流理論與莫里森方程，采用HydroD軟件計算得到平臺的一階水動力幅頻響應(yīng)算子(ＲAOs)、二階傳遞函數(shù)(QTF)、附加質(zhì)量與附加阻尼等水動力參數(shù)，并輸入Orcaflex中進(jìn)行參數(shù)化建模，海水黏性則通過在Orcaflex中添加各構(gòu)件的拖曳力系數(shù)來近似模擬［13，14］。風(fēng)機的系泊系統(tǒng)由Orcaf-lex采用集中質(zhì)量法模擬，在Orcaflex中，隨機波浪采用JONSWAP譜生成，采用莫里森方程計算系泊的水動力荷載。風(fēng)力機及風(fēng)機塔架則采用FAST的不同模塊進(jìn)行模擬。湍流風(fēng)場采用IEC規(guī)范中的正常湍流風(fēng)模型(NTW)。湍流風(fēng)可分解為平均風(fēng)和脈動風(fēng)兩部分。其中平均風(fēng)速部分采用冪定律風(fēng)廓線描述，冪律指數(shù)α取0．14;脈動部分則用模擬目標(biāo)風(fēng)譜的辦法采用Turbsim［16］生成，目標(biāo)風(fēng)譜選取IEC-61400-3規(guī)范中的Kaimal風(fēng)譜，根據(jù)IEC規(guī)范取湍流強度為0．12。風(fēng)機葉片受到的空氣動力荷載則通過葉素動量理論計算獲得。2工況設(shè)置選取4種具有

況1～3的模擬結(jié)果用于分析系泊受到的疲勞損傷情況，海況2～4的模擬結(jié)果用于對比分析系泊最大張力的變化情況。各海況參數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)［17］得到的BuoyCaboSilleiro海域風(fēng)浪聯(lián)合分布數(shù)據(jù)選齲表2環(huán)境海況海況平均風(fēng)速U/(m/s)湍流強度I有義波高Hs/m譜峰周期Tp/s風(fēng)機狀態(tài)14．00．262．08．0運轉(zhuǎn)/停機211．40．155．013．0運轉(zhuǎn)/停機323．00．126．312．4運轉(zhuǎn)/停機428．30．118．010．3停機兩種形式的風(fēng)機系泊系統(tǒng)均由3根懸鏈線系泊組成。由于結(jié)構(gòu)的對稱性，選取其中的系泊線2為研究對象。如圖3所示，對于不同的環(huán)境海況，考慮兩種風(fēng)浪夾角變化情況。一種為波浪荷載作用方向和系泊線2共線，從0°～90°改變風(fēng)荷載的作用方向;另一種為風(fēng)荷載作用方向與系泊線2共線，從0°～90°改變波浪荷載的作用方向。對于更大的風(fēng)浪夾角，由于其發(fā)生的概率非常小，因此不予考慮。圖3風(fēng)浪夾角示意為獲得各種工況下系泊的疲勞損傷情況，根據(jù)API-ＲP-2SK規(guī)范建議，每種工況選取不同的隨機種子生成湍流風(fēng)場與隨機波浪，進(jìn)行10次3h時域模擬，并將10次模擬得到的系泊每小時疲勞損傷取平均值進(jìn)行對比分析。·3·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮氣動阻尼的浮式風(fēng)機頻域響應(yīng)分析[J]. 鄧露,黃民希,肖志穎,宋曉萍,吳海濤.  湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(01)
[2]半潛型浮式風(fēng)機平臺研究綜述[J]. 鄧露,王彪,肖志穎,宋曉萍.  船舶工程. 2016(04)
[3]海上風(fēng)力發(fā)電浮式基礎(chǔ)的研究進(jìn)展及關(guān)鍵技術(shù)問題[J]. 胡軍,唐友剛,阮勝福.  船舶工程. 2012(02)
[4]深水懸鏈復(fù)合錨泊線疲勞損傷計算[J]. 喬東生,歐進(jìn)萍.  船舶力學(xué). 2012(04)

碩士論文
[1]海上風(fēng)機基礎(chǔ)在風(fēng)浪作用下的動力分析與疲勞分析[D]. 夏露.大連理工大學(xué) 2012



本文編號：3560986