规则波浪中圆筒型浮式生产储装置参数激励非线性响应研究

目前常见的提升圆筒型浮式生产储装置(Floating production storage and offloading vessels,FPSO)垂荡性能的方法是通过增加刚度使垂荡固有周期增大到20 s以上,远离常见波浪周期,但这使得垂荡固有周期与纵摇固有周期的比值接近1∶2,可能会导致参数激励现象的发生。因此本文针对此类圆筒型FPSO系统的参数激励非线性运动展开研究。考虑规则波建立了系统单自由度参数激励纵摇方程,本文中采用多尺度法求解运动方程的一次近似解析解,基于Lyapunov定理分析解的稳定性,以分析规则参数激励下圆筒型FPSO纵摇失稳的机理。最后,结合多尺度法与数值方法进行参数敏感性分析。结果表明,使参数激励周期与纵摇固有周期的比值远离1/2、降低参数激励幅值和增大纵摇阻尼的3种方式均能够有效避免大幅参数激励的发生。

考虑间隙水体阻尼修正的过驳双船系统动力响应研究

利用阻尼修正的势流理论对过驳双船系统进行研究。建立了过驳双船系统CFD数值计算模型,通过在双船间隙自由水面施加粘性阻尼盖的方法对势流理论进行修正。对双船过驳系统在考虑与不考虑修正两种情况下的时域结果进行对比分析,结果表明:双船各自由度的运动响应以及各系缆护舷的受力,在不计及粘性修正时的计算结果皆高于修正后的结果,因而考虑流体粘性的修正是非常必要的。

纤维素纳米纤丝/普鲁兰酶体系对淀粉膜性能的影响研究

本研究分析了纤维素纳米纤丝(CNF)/普鲁兰酶(Pul)体系对淀粉膜性能的影响。结果表明,CNF/Pul体系处理后的淀粉具有更高的短程有序性及更多的双螺旋结构,且淀粉晶型中出现了B型特征峰。CNF/Pul体系处理后得到的淀粉膜具有良好的表面均匀性和机械性能,该膜的拉伸强度从2.44 MPa(Nature-StF)增至7.32 MPa(CNF/Pul-StF),增加了2倍。光/水蒸气透过率测试结果表明,CNF/Pul体系处理后的淀粉膜具有更好的光学透过性,且对水蒸气阻隔性能有一定的增强作用。CNF/Pul体系处理后淀粉膜的光学透过率从49.3%~51.2%(Nature-StF)增至56.1%~60.1%(CNF/Pul-StF),且水蒸气透过系数从9.26×10^(−12)g·cm/(Pa·s·cm^(2))(Nature-StF)减至6.33×10^(−12)g·cm/(Pa·s·cm^(2))(CNF/Pul-StF)。

二阶波浪力对浮式风机系统动力响应的影响研究

文中以OC4-DeepCwind海上浮式风机系统为例,考虑浮式基础运动与气动力之间的耦合,研究了二阶波浪力对浮式风机系统动力响应的影响.结果表明:二阶波浪力增加了浮式基础纵荡和纵摇运动的标准差,而浮式基础纵荡和纵摇对风机气动力有较大的影响,从而使得风轮的推力及功率波动都增大.因此,在风力机系统控制设计及风力机叶片结构设计时,需要充分考虑二阶波浪力的影响.此外,二阶和频力和塔柱一阶固有频率接近,激发了塔柱自振,在设计塔柱时应避开二阶和频力.

浮式风机一体化模拟的计算参数设置影响研究

随着海上浮式风机的大型化发展,针对漂浮式风机的一体化耦合分析越来越重要。本文利用Simo-Riflex-Aerodyn仿真工具建立OC4-Deepcwind漂浮式风机一体化耦合模型,分析计算时间步长、初始截断时间、弹性结构单元离散数等计算参数对模拟结果的影响,包括浮式基础运动、系缆张力、叶片受力等。结果表明:当计算时间步长为0.005 s、0.01 s、0.02 s时,浮式风机的响应结果差别较小,而计算消耗时间相差较大,0.01 s、0.02 s的计算时间分别是0.005 s的70%、37%。相同工况下,不同参量响应达到稳定所需时间不同,纵荡需要的时间较长,最长达200 s;不同工况下,同一参量达到稳定所需时间也不相同,切出工况需要的时间最短,较额定工况快约60 s。结构单元离散数对塔柱受力影响较小,对叶片变形影响相对明显,当叶片离散数目减小时,响应值增大12%。实际中应根据具体工况选择合理的计算时间步长、初始截断时间和弹性结构单元离散数量。

考虑浮式安装船的风机叶片安装动力响应研究

为解决传统的自升式风电安装船难以满足浮式风机的安装要求问题,参考起重船的参数,设计了漂浮式海上风电安装船。建立了风电安装船-吊臂-吊钩-叶片系统多刚体模型和浮式风机系统单刚体模型,编写了数值仿真程序,计算了不同海况等级下进行吊装作业时叶根与轮毂之间相对位置的变化。结果表明,海况等级的提高会使叶根与轮毂之间的相对运动标准差增大,应尽量避免在高等级海况下进行海上浮式风机叶片安装作业,且应避免在横浪条件下进行侧吊安装作业,以防叶根与轮毂的纵荡运动幅值过大或发生碰撞。

双船间隙水体运动特性及水体阻尼修正研究

[目的]旨在修正势流理论在计算小间隙双浮体系统时由于无黏假设导致的结果失真现象,研究间隙水体的运动响应特性。[方法]建立过驳双船系统CFD数值计算模型,分析间隙水体的响应特点及机理。之后将CFD计算结果与势流理论计算结果进行对比,获得准确的双船间隙水体修正阻尼系数,从而修正势流理论的计算结果。[结果]结果表明,不同频率的波浪通过双船间隙时波面升高变化趋势不同,对于低频波浪,入射波不能穿过双船间隙,间隙的波面升高小于入射波的波幅;对于高频波浪,入射波可以从双船的间隙穿越,间隙内波面升高大于入射波的波幅;在特定波浪频率下,双船间隙存在一个高速区域,对应的双船内侧动水压力降低,产生较大的吸力,可能对过驳作业造成不利影响。[结论]通过上述方法得到了更为准确的间隙水体修正阻尼系数,为过驳双船系统的高精度、快速水动力及运动性能计算提供了指导。

高桩码头在船舶撞击下的动力响应及损伤分析

针对高桩码头在船舶意外撞击下的损伤问题,本文基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了船舶和高桩码头的结构模型,分析了船舶撞击下高桩码头基桩顶部的受力特性,对比分析了不同撞击速度、撞击角度下高桩码头受到的有效应力、撞击力以及基桩顶部位移,并依此对基桩损伤进行了判断。研究表明:在船舶撞击下,高桩码头后斜桩受到的压应力较大,前斜桩受到的拉应力较大;高桩码头的动力响应随着船舶撞击速度、撞击角度(锐角)及船舶吨位的增大而增大;当船舶的撞击角度为对称方向时,码头受到的撞击力和有效应力及桩顶最大位移的相对大小取决于船舶滑移过程中船艏与码头的相对运动趋势。

浮式风机风载荷与浮式基础运动相互影响研究

本文定量研究浮式风机系统风载荷与浮式基础运动间的相互影响。建立了浮式风力机系统一体化耦合动力学分析模型,对比分析了风载荷对系缆力、浮式基础运动、机舱加速度的影响及浮式基础运动对叶片相对流速、叶片推力和发电功率的影响。结果表明,风载荷显著影响浮式基础纵荡/纵摇平均值,对其标准差影响较小;风载荷对系缆力的平均值和标准差都有一定影响,而机舱加速度受风载荷的影响并不大;浮式基础运动对叶片相对风速的标准差有显著影响,离轮毂越远位置的相对风速受基础运动影响越大,这导致浮式风机叶片推力和发电功率有很大波动。为保证平稳发电,对浮式风机控制设计时,需考虑浮式基础运动的影响。

制浆造纸行业温室气体排放核算标准与方法浅析

本文首先分析了国际上关于温室气体排放核算的相关标准,提出目前适用于制浆造纸行业的碳排放核算方法,主要包括排放因子法与生命周期评价法。排放因子法主要是从组织层面对制浆造纸过程中的碳排放进行量化,其计算核心是活动水平×排放因子;而生命周期评价法是从产品层面研究纸产品从“摇篮到大门”或“从摇篮到坟墓”的生命周期分析方法,主要包括目标与范围定义、生命周期清单分析、生命周期影响评价、结果阐释等。

生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极的研究进展

生物质基多孔碳材料因原料来源广泛、价格低廉、环境友好等特点受到人们广泛关注,将其应用于超级电容器等储能器件可有效促进其在多领域实现高值化应用。本文通过深入分析近年来生物质基多孔碳超级电容器制备及应用的最新技术,从生物质原料种类、生物质基多孔碳材料的优化(活化和掺杂)及生物质基碳电极在不同超级电容器电极材料的应用等方面,归纳总结了生物质基多孔碳材料作为超级电容器电极未来面临的挑战。

超疏水纸基功能材料的应用研究进展

具有绿色环保、高性能、低成本等优点的纸基功能材料受到诸多关注。为突破纸基材料自身纤维亲水性等瓶颈,大量研究赋予了纸基材料优异的超疏水性能,从而制备了具有高附加值的纸基超疏水功能材料。本文主要阐述了超疏水纸基功能材料的最新应用研究进展,如油/水分离、食品包装、智能响应装置、传感器等新器件与装备领域,并对超疏水纸基功能材料的未来发展方向进行了展望。

大型硫酸盐木浆厂石灰窑碳排放及其减排路径分析

首先分析了大型硫酸盐木浆厂中石灰窑的温室气体排放特征,阐述其为硫酸盐木浆厂化石燃料最大消耗单元的主要原因,然后重点探讨石灰窑温室气体排放核算的路径,最后进一步提出石灰窑实现碳中和的可能技术途径,包括生物质燃料在石灰窑中的应用、石灰窑和碳捕获与封存(CCS)的集成技术以及石灰窑技术改造等。

OCC制浆过程中抑制二次淀粉降解的研究

研究了4种金属离子(Cu^(2+)、Zn^(2+)、Mn^(2+)、Li^(+))对二次淀粉降解的抑制效果及其最佳添加量,并利用杀菌剂与其协同处理,探究OCC制浆过程中二次淀粉降解的抑制问题。结果表明,Cu^(2+)具有最佳的抑制效果。当反应时间4 h、Cu^(2+)添加量为0.20 mol/t时,原淀粉几乎不降解;当反应时间4 h、Cu^(2+)添加量为0.024 mol/t时,酶解淀粉的降解率最低,为15.4%;当杀菌剂与Cu^(2+)协同作用时,相比单独添加杀菌剂,原淀粉4 h抑制效果提升58.0%,酶解淀粉4 h抑制效果提升31.2%。

基于CFD方法的半潜平台垂荡板水动力特性研究

本文针对半潜平台垂荡板,研究不同运动周期和运动幅值下的阻尼性能和附加质量,以便有效减小此类结构的垂荡运动;研究不同垂荡板形式的水动力特性,为改进此类结构提供依据和参考。文中采用CFD方法模拟垂荡板的强迫运动,计算规则波下的阻尼系数和附加质量,对比了更改截面形状、扩大月池开口面积、增减板厚、开小孔、削倒角对垂荡板性能的影响,分析了影响垂荡板阻尼的关键因素。计算分析表明,垂荡板阻尼和附加质量受周期和幅值影响较大,减小板厚和开小孔对垂荡板增阻有积极意义。

导管架圆管风致涡激振动对总体疲劳性能的影响

研究了在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动对整体疲劳性能的影响。建立了圆管动力学模型,分析了圆管的动力学特性;固定系数取值0.7模拟实际工程中圆管两端的焊接约束形式,计算了圆管的振动响应;基于线性累积损伤准则和S-N曲线计算了圆管发生风致涡激振动的疲劳损伤度,并根据规范计算出圆管在位阶段的疲劳损伤度,对比总结风致涡激振动对总体疲劳性能的影响以及振动抑制措施对疲劳性能的改善。研究表明,在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动会明显地影响圆管的疲劳特性,降低疲劳寿命,因此可以通过绑定绳索、安装防振锤等手段减少结构的疲劳损伤。

MXene在生物质基储能纳米材料领域中的应用研究进展

MXene是一种类石墨烯结构的层状二维纳米材料,具有高导电性和高比表面积等优点,常用在储能领域。MXene含有丰富的端基官能团,易与生物质纳米材料形成交联结构并拓宽其层间距,从而提高储能器件的柔韧性及提供更多的离子传输通道。故MXene用于生物质储能纳米材料逐渐成为研究热点之一。本文综述了近年来MXene复合生物质基纳米材料在储能领域中的应用,首先介绍了不同MXene的制备方法及其优劣势,其次分别介绍了用CNF、BC、CNC等材料对MXene储能器件的优化改性方法,并总结了MXene复合生物质纳米材料在超级电容器、纳米发电机、二次电池等三种前沿储能器件中的物化特点及性能优势,重点分析了生物质纳米材料在MXene/生物质纳米复合材料中的功能。最后,对MXene复合生物质纳米材料在储能领域所面临的挑战及其未来应用前景进行了分析与展望。

基于面元法和FEM的海上浮式风力机叶片动力响应研究

考虑水动-气动耦合模型,研究海上浮式风力机在风浪作用下动力响应的数值模拟方法。采用速度势面元法求解浮式风力机叶片压力分布以及时变气动载荷;建立NREL 5 MW风力机的有限元模型,通过瞬态分析得到叶片的变形和应力分布。计算表明,在展长方向,越靠近叶根处,应力值越大;在弦长方向上,越靠近前缘点应力值越大。和风载荷单独作用相比,波浪载荷导致浮式平台产生较大幅度的纵荡和纵摇运动,能量传递到上部风力机后导致叶片的变形和应力更大。

不同动力学建模方法对浮式风机系统动力响应的影响研究

相对于固定式风机,海上浮式风力机系统的结构与受到的环境载荷更为复杂。为模拟其动力响应,选择合理的动力学建模方法致关重要。本文以OC4-NERL5MW浮式风力机为例,分别建立浮式风机系统的单刚体动力学模型与刚-柔耦合动力学模型,对比研究2种模型在计算浮式风机系统动力响应的差异。结果表明,2种模型在较高工况的运动标准差有一定差别,其他情况的运动响应及气动转矩的均值和标准差差别都不大。刚体模型有更高的计算效率,可用于设计初始阶段浮式风机系统的动力学参数及方案筛选的大规模计算;刚柔耦合模型有更高的计算精度,可用于后续的动力学参数精细校核。

浮式螺旋型垂直轴风机动力响应计算研究

随着海上风电逐渐向深海发展,浮式风机成为了更经济的选择。浮式螺旋型风机是传统直叶片垂直轴风机的变异优化。本文针对一种三叶片5 MW浮式螺旋型垂直轴风机的动力响应进行研究。将浮式基础处理成刚体,将柔性塔柱与叶片处理成弹性体,之后基于一种松耦合方法建立整机计算模型,编写了数值求解程序。考虑随机波与湍流风,计算风浪联合作用下的风机动力响应,并与直叶片垂直轴风机进行了对比。结果表明,相较于直叶片风机,螺旋型风机可以显著减小气动转矩的波动,浮式基础的运动几乎没有区别,此外,螺旋型风机塔顶变形和叶片振动明显小于直叶片风机。