风浪流单独及耦合作用下15 MW级浮式基础动力特性研究

了解风浪流等环境荷载效应对浮式基础设计及优化至关重要,为此,以15 MW级漂浮式基础为研究对象,系统性定量分析风浪流环境荷载单独及耦合作用下对浮式基础运动及系泊系统受力的影响。首先,以INOWINDMOOR 12 MW和TaiDa 15 MW浮式基础为原型设计新的15 MW级浮式基础,并在ANSYS-AQWA建立水动力分析模型,风力荷载及海流荷载通过风力系数、流力系数添加;其次,针对风浪流等环境荷载单独及耦合作用下浮式基础运动和系泊受力等特征开展分析。结果表明:浮式基础运动及系泊受力主要受风力和流力的影响,波浪会加剧浮式基础运动及系泊受力的往复性,并加大运动幅度及系泊受力;流荷载对浮式基础运动及系泊受力影响较大,特别是风、浪与流耦合作用时会导致系泊受力明显增加,实际工程设计时,流荷载应给与重点关注。

风浪流载荷下大型海上平台拆解装备起重作业数值模拟

文章以从事大型海上平台设施拆解、安装作业的海洋工程起重船为例,研究超大型海洋工程起重船在风浪流载荷下的运动特性,通过频域分析得到船舶在波浪载荷下运动响应幅值,进而进行时域分析,得到风浪流载荷下的起重作业动态参数。结果显示,起重船提升大型海上设施时,风浪流引起的船舶运动和起重机载荷动态变化均小于起重机设计能力,在设计工况下大型起重机的作业可行性得到验证。

海上风电场工程海流设计流剖面计算模型研究

为满足海上风电场工程设计与建设需要,研究合理可靠且简单易行的海流设计流剖面计算方法十分必要。基于海流成因及组成项分析,本文提出采用潮流、风海流与设计波生流的矢量求和,并考虑综合安全系数的海流设计流剖面计算模型。风海流由季节性的盛行风持续吹拂海面形成,波生流则由大风引发大浪生成。波生流分层流速计算采用基于Stokes二阶波的非周期性项Russel-Osorio修正式,适用于海上风电场所在的深水区及绝大部分过渡区,由其参与组成的海流不会对波流共同作用下的波浪荷载重复计量。根据工程海域水文气象条件经分层计算组成设计流剖面,可避免简单流剖面模型的经验性与任意性。研究结果有利于合理确定海上风电场及类似工程的海流载荷与基础冲刷的水动力条件。

台风-浪-流耦合作用下海上10 MW级特大型风力机风荷载特性分析

为揭示海上台风-浪-流耦合作用下海上风力机的风荷载分布特性,以广东外罗10 MW特大型风力机为研究对象,采用Model Coupling Toolkit(MCT)建立中尺度WRF-SWAN-FVCOM(W-S-F)实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变,再结合中/小尺度嵌套方法分析了风力机风荷载分布特性与叶片-塔筒-波浪面之间的干扰效应,提出了极端风况下海上风力机典型位置极值荷载模型。结果表明:建立的中尺度W-S-F耦合平台能准确模拟台风、波浪和海流间的相互作用;塔筒风荷载在叶片干扰段以横风向为主,在波浪干扰段以顺风向为主,并在低空波面附近表现出较强的脉动特征;A位置叶片最安全而B位置最危险;T4相位为海上风力机单桩基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10^(6)量级,基底弯矩最大达5.2×10^(8)量级。

沉管隧道管节浮态浇筑系泊数值模拟研究

为研究钢筋混凝土沉管管节在浮态浇筑系泊施工时的稳定性与安全性,对管节建立了仿真模型,并应用势流理论和水动力分析软件AQWA进行了模拟。研究设置两期浇筑模型及4种系泊方案,模拟计算施工的不同阶段在风-浪-流荷载耦合作用下、潮位变化时管节在6个自由度上的运动响应和缆绳张力。结果表明:在浮态浇筑施工中,位移与摇动主要发生在平行于流速方向的纵荡、平行于风向的横荡和以流速方向为轴的艏摇,纵荡的震荡幅度最大。拟定4种系泊方案中,采用六点系泊法的方案三与方案四在模型运动响应中表现较佳,其中包含12条缆绳的方案四可以显著降低管节的运动幅值,施工后期缆绳张力分布更加均匀,未超过安全张力范围,符合工程安全要求,是最佳系缆方式。

船舶出坞环境载荷计算与分析

通过分析不同船坞的布置形式以及船舶出坞时船坞的地理位置、气象和水文情况 ,确定计算船舶出坞的数学模型 ,并以 17.5万 t散货船为例编程计算船舶出坞时所受到的环境外载荷 ,根据船舶出坞时可能受到的最大环境外载荷确定船舶出坞方案和出坞时推拖船数量和布置情况 .

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

风、浪、流荷载组合对跨海桥梁动力响应的影响

为研究跨海桥梁所受风、浪、流环境荷载及其组合影响,采用国际结构安全性联合委员会(JCSS)提出的组合模型将风浪流荷载进行组合,并考虑了风浪流要素之间的相关性,对于风浪相关性采用了耿贝尔联合概率模型,并通过风海流实现了水流与风场的联合.以某跨海大桥为工程背景,分析了不同荷载组合对主梁动力响应的影响及其机理,并讨论了荷载组合中参与荷载时段和不同波浪场对计算结果的影响.研究结果表明:风、浪、流荷载对主梁位移响应影响较大,以风为主要荷载的JCSS组合比以波浪和水流为主要荷载的JCSS组合跨中位移响应偏大20%~30%;随机波浪和桥梁横向基阶模态对跨中横向响应贡献显著;主梁不同位置的位移响应受同一环境要素的影响程度不同,主跨跨中响应主要受风荷载的影响,塔梁结合处主梁响应主要受波浪荷载的影响;波浪场采用规则波模拟会低估主梁跨中位移响应.

桩基承台结构的波流力研究进展

我国近海风电场建设大多采用桩基承台结构.总结了不规则波浪和水流共同作用下桩基承台结构的波流力物理模型实验结果,得到了群桩效应系数及其变化规律,讨论了作用于近水面承台底部的波浪拍击力;从理论上分析了规则波作用下承台对桩基波浪力的影响;建立了规则波与桩基承台相互作用的数值模型,揭示了波浪在承台的上浪与爬高及其水动力特征.鉴于桩基承台结构包含多个斜桩和较大尺度的承台,在波浪与水流作用下该结构物附近的流场结构十分复杂,有必要针对结构附近的流动结构以及自由表面大变形开展细致的实验和数值模拟研究,以进一步揭示作用于这类结构的波流力变化规律及其机理.

风浪流荷载下基于AQWA的海上Spar型浮式基础稳定性分析

为了解决现阶段可再生能源利用的问题,实现深海风能的有效利用,针对设计出的OC3-Hywind 5MW Spar型浮式平台基础部分在风浪流荷载下的稳定性问题进行研究。利用ANSYS中的水动力模块(AQWA)分别对结构进行频域以及时域耦合运动响应仿真模拟,比较分析了不同工况下浮式结构各个自由度下的运动响应值,以及配重块在系泊不同位置处对结构运动响应值及系泊力的影响情况。结果表明:在不同工况作用下的浮式结构在纵摇自由度方向上的运动响应极值主要受风荷载影响,随着风速增大,响应极值也随之增大,在其他自由度上的响应极值受风、浪荷载影响较小;改变配重块在系泊缆上的悬挂位置对浮式基础在纵摇和首摇自由度方向的运动有着显著影响,并且随着配重块距离锚固点越近,响应值越大,越不利于浮式基础的稳定;未悬挂配重块的系泊力高于悬挂了配重块的系泊力,随着配重块悬挂位置离锚固点越远,系泊力越小,越能保证浮式基础在恶劣海况条件下的稳定性。

风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式,该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型,采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载,对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源;研究了在3~30m/s风速范围内,近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明:近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征,其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。

风、浪、流复合作用下海上风力机基础波浪荷载分布特性研究

海上风力机是未来风电产业发展的技术制高点,而复杂海洋环境下风力机基础的波浪荷载精确计算尤为重要。为揭示风、浪、流复合流场对风力机基础结构的作用机理,以东海兴化湾6 MW大型海上风力机基础为背景,采用Fluent仿真平台构建数值波浪水池。首先改进传统风-浪复合造波法自由液面处风与水质点速度方向的一致性,其次对复合场中波浪的时空演变规律进行描述;在此基础上,进一步研究各工况中基础柱整体波浪荷载的复合特性,引入并确定极值荷载的复合系数;最后分析风力机基础波浪荷载沿水深与周向分布特性。结果表明:本文提出的改进边界风-浪复合造波法具有良好的稳定性和有效性;风、流与浪之间的复合作用总体对波浪荷载呈现放大效应,其中风-浪-流三场复合的放大效应最大达135%;基础波浪荷载沿水深呈指数型递减,并在波峰出现“加速度对流”现象。

风、浪、流共同作用下的泥沙输移

根据波动水流能量及泥沙运动原理,参考了窦国仁推导底沙输沙量的方法,推导出波浪、潮流和风吹流共同作用下的底沙输沙量(包括推移质和部分悬移质输沙)计算式.应用于大风期黄骅港外航道的骤淤计算,其结果与实测值较接近.

台风-浪-流耦合作用下海上风力机基础结构水动力特性分析

为揭示台风-浪-流耦合作用下风力机基础结构的水动力特性,以广东外罗10 MW级海上风力机为研究对象,基于模式耦合器(MCT)建立中尺度台风-浪-流(W-S-F)实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变特性;再结合中/小尺度嵌套方法分析风力机单桩基础水动力荷载分布特性;提出不同波浪相位下基础柱极值荷载模型。结果表明:建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高42.51%;台风-浪-流耦合作用下基础柱水平波浪力正峰值增大约20%,负峰值减小约18%,并沿水深方向呈指数型变化规律,周向沿180°波向角呈对称分布;T4相位为风力机基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10^(6)量级,基底弯矩最大达5.2×10^(8)量级。

“H1002”船开锚系泊系统抗台安全论证

为了保障停泊在造船厂舾装码头上的大型船舶,在台风季节仍能安全系泊在码头上,防潮汛抗台风的各种安全措施至关重要。本文针对"H1002"船的开锚系泊系统进行了分析计算。计算的目的是要校核该系统在外界风、浪、流环境载荷作用下,其安全系泊的能力。

风、浪、流荷载联合作用下海上升压站结构动力响应研究

台风作用引起的极端荷载对海上升压站的安全性构成了极大的威胁。基于有限元软件建立海上升压站计算模型,采用线性滤波法的AR模型模拟脉动风,采用线性波浪叠加法及改进的JONSWAP谱模拟随机波浪场,研究了结构的自振特性和风、浪、流荷载作用下结构的动力响应特性。结果表明:海上升压站结构的各阶自振频率均不在共振频率影响区域,可以保证结构不会与波浪发生共振;结构的响应随着波浪重现期或者台风风级的增大而增大,风荷载是海上升压站结构的主控荷载;风、浪、流荷载联合垂直作用于结构轴面时,会产生极端应力、位移响应,结构设计时应当在支撑柱交接部位进行加强处理。

湖底陷阱捕获内污染技术在浅水湖泊的应用

基于研发的湖底陷阱捕获内污染技术,在巢湖进行应用研究.结果表明,湖底陷阱可有效收集叶绿素a、有机质、总氮和总磷等湖底沉积物中内源污染物.不同位置和季节湖底陷阱收集的沉积物厚度差异显著,西巢湖收集的污染物含量最多,湖心区域收集污染物量最少;夏秋季节淤积较快,冬春季节淤积略慢.单位面积(1m^(2))湖底陷阱年收集叶绿素a、有机质、总氮和总磷可分别达2.37~15.28g、8.96~21.82kg、0.78~1.88kg和0.30~0.93kg.综合考虑湖流场、风浪场、湖底污染物分布及厚度,巢湖湖体内沿湖流汇集区可布置6条11~33km的湖底陷阱,并在7个主要入河口布置湖底陷阱,同时可利用现有航道,进一步加深后形成湖底陷阱,可为巢湖内源控制提供新的治理手段和管理方法.

Analysis of Capability Requirement of Dynamic Positioning System for Cargo Transfer Vessel at Sea

In response to the development of deep-sea oil and gas resources,which require a high degree of cooperation by crude oil transportation equipment,a new type of ship known as the cargo transfer vessel(CTV)has been developed.To provide a theoretical reference for the design and equipment of the CTV’s dynamic positioning system,in this paper,we take the new deepwater CTVas the study object and theoretically and numerically analyze its operation,wind load,current load,wave load,and navigational resistance in a range of Brazilian sea conditions with respect to its positioning and towing modes.We confirm that our proposed method can successfully calculate the total environmental load of the CTVand that the CTV is able to operate normally under the designed sea conditions.

不同波浪理论下风机支撑系统的动力响应

针对海上风机动力响应问题,依据修正的小振幅波理论、Airy波理论以及Stokes五阶波浪理论,建立了风机系统模型,输入P-y曲线,并模拟施加波浪、潮流荷载、风荷载等,得到了不同波浪理论下风机支撑系统的动力响应。结果表明,不同波浪理论下支撑系统最大水平位移、转角和弯矩均存在一定差异,振型和自振频率基本一致,Stokes五阶波浪对整个支撑系统的影响最显著,其次是Airy波和经修正的小振幅波。在风机设计时必须选择合适的波浪理论,分析风机在风浪流作用下的动力响应,为风机承载设计和疲劳设计提供基础资料。

风浪流对绞吸船定位桩的冲击研究

在全面分析风浪流对绞吸船定位桩的冲击荷载的基础上,对绞吸船施工中定位桩的动力响应提出了编程计算和有限元分析相结合的研究方法,即:通过编写程序计算定位桩在各种风浪流条件下的环境荷载,通过有限元模拟求解出定位桩在风浪流作用下的动力响应。采用该方法得出的结果与实际较为符合,对绞吸船的安全施工具有参考价值。