TLP海上浮式风机在风浪流联合作用下的运动性能与锚泊系统响应研究

摘要

海上风能相对陆上风能具有发电时间长、风资源质量高等优点，是目前风能开发的热点。但近海风资源相比于深远海而言，能量相对较小且受到航线规划等各方面因素限制，所以面向深远海的海上浮式风力机相关技术成为目前海上风能的主要研究方向。海上浮式风力机受到风浪流的联合作用，产生复杂的六自由度耦合运动，对风力机、浮式基础与锚泊系统具有重要的影响。因此，如何计算浮式风力机系统的耦合运动成为人们关注的重点。本文以TLP型海上浮式风力机系统作为研究对象，利用FAST代码与AQWA软件，对在复杂环境载荷条件下浮式风力机系统的运动与系泊受力展开研究。该研究对TLP浮式风力机系统上部风力机与浮式基础的优化设计具有重要的意义。
　　气动载荷方面，基于非定常的叶素动量理论，利用FAST代码对风力机的气动载荷进行计算。水动力载荷方面，基于三维势流理论，利用AQWA软件对浮式风机基础的波浪载荷进行计算;流载荷采用经验模型进行计算。利用FORTRAN语言对FAST代码进行修改，编写接口使其能够调用AQWA软件的计算结果对浮式风机整体运动进行计算。以NREL5WM风力机与DeepC-Semi半潜式平台组成的浮式风力机作为算例，将计算结果与试验数据对比来验证计算方法可行性与准确性。最后对TLP型海上浮式风力机在不同工况下的运动与锚泊系统受力进行分析。
　　研究结果表明:使用FAST-AQWA计算方法得出的计算结果与试验数据吻合良好。对于TLP平台，在工作工况下，流载荷几乎对系统的运动和锚泊系统没有影响。系统的纵荡和垂荡主要由低频风载荷影响，系统的纵摇由波浪载荷主导;风载荷与波浪载荷同时影响锚泊系统受力。在极限工况下，波浪载荷主导系统的纵荡和垂荡，波频与和频波浪影响系统的纵摇;锚泊系统由波频与和频波浪影响。本文的研究成果为浮式风力机的结构优化设计提供了一定的指导作用。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景及意义

1．2海上浮式风力机的分类与特点

1．3 TLP浮式风机国内外研究现状与总结

1．3．1国内外研究现状

1．3．2研究现状总结

1．4论文主要工作内容

第2章浮式风力机气动力研究理论基础

2．1概述

2．2湍流风的生成

2．2．1正常风况

2．2．2极端风况

2．2．3 Kaimal风谱

2．3叶素动量理论

2．3．1定常叶素动量理论

2．3．2叶尖和轮毂损失修正

2．3．3动态失速模型

2．3．4动态尾流模型

2．3．5偏航修正

2．4风力机变桨控制

2．5本章小结

第3章浮式风力机基础水动力研究理论基础

3．1概述

3．2静水力与静水回复刚度矩阵

3．3势流理论

3．4 Morison方程

3．5流载荷

3．6锚泊系统载荷

3．6．1集中质量法

3．6．2细长体理论

3．7本章小结

第4章浮式风力机系统数值计算方法与验证

4．1概述

4．2．2建立动力学模型

4．3数值工具的应用

4．3．1数值工具介绍

4．3．2数值工具的修改

4．4算例：半潜式浮式风力机分析

4．4．1浮式风力机模型

4．4．2工况与计算内容

4．4．3计算结果与分析

4．5本章小结

第5章TLP式海上浮式风力机系统耦合运动及性能研究

5．1概述

5．2 TLP浮式基础建模与锚泊系统参数设定

5．3计算工况参数设定

5．4 TLP浮式风力机工况计算结果分析

5．4．1工作工况结算结果分析

5．4．2极限工况计算结果分析

5．5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢