风机浮式基础和波浪能浮子运动性能研究

摘要

近年来，石油、煤炭等化石能源大力开采和利用造成能源枯竭与环境污染等各种问题，发展可再生和绿色清洁的新型能源来代替传统化石燃料成为一种主流趋势。我国海洋资源丰富，海上风能密度大，风能与波浪能综合利用具有巨大发展潜力。有效结合风能和波浪能，进而达到最优的资源配置成为研究的热点，但对两者联合利用装置研究不多。本文以此为背景，在W indF loa t浮式基础上设置一个波浪能浮子，研究了风机浮式基础和波浪能浮子在规则波和不规则波下的水动力性能。本文的研究内容主要是以下几个方面。
　　首先，对风机浮式平台进行系泊系统设计分析。基于三维势流理论采用AQ W A软件计算浮式平台数值分析模型水动力参数，设计了两种系泊系统即对称式六根锚链和非对称式六根锚链，应用OrcaFlex软件进行时域分析，研究平台运动响应特性及系泊系统动力响应特性。根据结果，在满足系泊系统的安全校核下，非对称式六根锚链系泊性能优于对称式六根锚链。
　　其次，建立并验证波浪能浮子模型。AQ WA中完成了浮子频域水动力计算，给出了基于OrcaFlex软件的波浪能浮子具体建模方法和数值分析方法，介绍了美国伯克利大学关于波浪能浮子的模型试验研究。对比试验和数值模型的波浪能浮子固有周期、运动响应幅值算子RAO和系缆张力等结果吻合较好，继而验证了数值模型正确性和适用性。
　　最后，研究风机浮式平台与波浪能浮子运动性能。在规则波下，分别讨论了浮式平台与波浪能浮子之间的相互影响，并讨论了波浪能浮子系缆的不同刚度及不同阻尼对波浪能浮子运动响应和俘获宽度比的影响。在此基础上，讨论了不规则波下的浮子运动响应，分别考虑了不同波浪周期、不同波高、不同系缆刚度和不同系缆阻尼等因素影响下的浮子运动响应特性和俘获宽度比规律。
　　通过研究风机浮式平台和波浪能浮子系统的运动响应，为海上风能和波浪能联合利用工程建设提供参考。

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第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 风力机平台和波浪能装置分类

1.3 国内外研究现状

1.4 水动力研究方法

1.5 本文研究内容

第2章 海洋环境载荷计算理论

2.1 波浪理论

2.2 势流理论

2.3 Morison公式

2.4 风载荷

2.5 流载荷

2.6 本章小结

第3章 浮式风力机平台系泊系统设计分析

3.1 浮式风力机平台模型建立

3.2 水动力频域计算结果

3.3 平台系泊系统设计分析

3.4 系泊系统时域计算及校核

3.5本章小结

第4章 波浪能浮子数值模型建立及验证

4.1 波浪能浮子频域水动力计算分析

4.2 数值分析方法及模型创建

4.3 伯克利大学波浪能浮子试验介绍

4.4 波浪能浮子数值计算及模型验证

4.5 本章小结

第5章 风机浮式基础和波浪能浮子运动分析

5.1 规则波运动响应计算分析

5.2 不规则波下浮子运动响应分析

5.3 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