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。

海上浮式风机的动力学建模与响应分析

在恶劣的海洋环境下,浮式风机展现出复杂的动力特性。因此,对海上浮式风机的动力响应进行研究非常重要。本文基于有限元法与若丹速度变分原理,建立了浮式风机的刚-柔耦合动力学模型,依此编写了相应的数值计算程序并验证了程序的正确性。以安装在OC4半潜型浮式基础上的NREL-5MW水平轴风机为例,通过对比分析,研究了浮式基础的运动对风机动力特性的影响。结果表明,基础运动通过改变风机在风场中的位置与姿态对气动载荷与叶片变形产生影响。本文研究成果可以为海上浮式风机叶片设计提供一些合理建议。

基于非定常面元法的海上浮式风机气动性能研究

对于海上浮式风机而言,由于受到剪切风、塔影效应、浮式基础运动等因素的共同影响,其气动载荷会更加复杂,因此如何准确快速地对海上风力机的气动性能进行预估显得尤为重要。基于速度势的非定常面元法理论,研究海上浮式风机气动载荷特性,编制了相关的计算程序。以NREL 5 MW风机为例,建立了叶片和尾流的三维数值模型,计算得到了不同风速下风机的输出功率以及叶片表面的压力分布,对比数据结果分析了该方法的可靠性。针对非定常流动,模拟了剪切风和塔影效应的作用,并重点分析了浮式基础运动对风机气动载荷的影响。研究表明,浮式基础的纵荡和纵摇会增加输出功率的波动幅值,艏摇运动会导致单个叶片上的气动载荷产生较大的波动,为浮式风机叶片控制提供了参考。

浮式垂直轴风机转子设计及动力学仿真

对达里厄φ型风机转子进行气动设计,考虑动态失速的影响,计算风机转子的气动参数,给出风机的转速控制策略。进行转子结构设计,对叶片主梁采用碳纤维加强。针对设计的风机转子,利用ANSYS有限元软件进行初步静力校核,分析风机在危险工况下的应力、应变情况。将设计的转子应用于海上浮式垂直轴风机系统,考虑叶片与塔柱的柔性变形,利用多体系统Kane方法组装动力学方程,分析风机系统在风、浪联合作用下浮式基础的运动响应情况,整体上该风机系统的运动性能较好。

考虑尾流干涉的浮式风电场发电性能分析与布置优化研究

浮式风电场系统的布局不仅要考虑风浪的影响,而且要关注风机间尾流的干涉作用。论文针对直线排布的浮式风电场进行多风机、尾流气动、结构变形、伺服控制、平台运动、系缆系统和波浪载荷的耦合计算,并结合Bastankhah尾流解析模型分析各参数对风电场总功率的影响,寻找影响风电场整体运行性能最重要的因素,以及在特定海域风电场中减弱尾流干涉的方法。