半潜型浮式风电装备水池模型试验

为了探讨浮式风电装备固有特性、验证数值耦合仿真方法和一体化模型的准确性,以中国海装半潜型浮式风电装备参数为基础,进行全实物水池模型试验,介绍模型各部分设计的关键要素及环境条件的校对方法,对浮式风电装备固有特性结果与数值仿真模型进行对比分析,结果表明:采用重构叶片保证推力相似和叶尖速比相似能够解决雷诺数不相似的问题,但叶片质量分布与惯量控制较为困难,试验风场质量好坏,直接影响风轮推力标定是否满足要求,机组发电状态会增加系统的阻尼水平,在固有周期附近,会降低RAO峰值。

基于性能相似的浮式风力机水池模型试验叶片设计方法研究

大型海上浮式风力机在Froude相似环境下进行模型试验时,模型叶片因尺度效应影响难以满足推力要求.以一款6MW海上浮式风力机为例,介绍了一种设计模型叶片方法以满足水池模型试验要求.在Matlab中,利用模式搜索法优化工具包,结合美国可再生能源实验室(NREL)的全耦合软件FAST,借助广义动态尾流(GDW)理论重新设计了一款模型叶片,并对所设计的叶片进行了数值计算和CFD计算.计算结果能满足模型试验多种工况的推力要求,表明了该方法的可行性.

浮式风机水池模型试验与仿真对比分析

为研究浮式风机动力特性以及验证数值仿真的准确性,以中国海装半潜型浮式风机参数为基础,阐述水池模型试验过程和环境工况,重点对试验与数值仿真结果进行对比分析。结果表明,采用推力相似和弗劳德数相似的水池试验方法可以满足验证浮式风机仿真模型的准确性。半潜型浮式风机低频运动响应明显,气动阻尼对共振响应可以起到抑制作用,横荡运动与横摇运动方向上具有较强的耦合现象。塔筒载荷能量主要位于低频段、波频段和风轮1P频率处,其中低频区主要受风载荷控制,波频区主要受波浪控制。

在冲击力作用下船舶动力运动的水池模型试验研究

船舶在冲击力作用下将发和动力运动，由于冲击力较大，作用时间短，因此基于常规相似准则的模型试验不能反映其运动规律，文章探讨了冲量相同的原理，提出了冲量相似的试验方案，并且将模型试验结果与理论计算及实际试验进行对比和分析，为解决此类问题提出了合适的方法。

深海海洋平台混合模型试验技术

水池模型试验被公认为研究海洋平台性能最可信赖的办法。但深海平台的模型试验需要很大的水池 ,目前世界上还没有一个水池用常规的缩尺比能够进行该项试验。国际船模试验池会议对此极为关注 ,混合模型试验技术有可能是解决深海平台模型试验最有效的途径。

水泵进水设计模型试验验收标准的研究

本文对水泵进水池模型试验标准进行了分析和讨论。为了提高模型试验成果的可靠性,减少粘滞力和表面张力对进水池旋涡和流态的影响,应选择较大的模型比尺。进水池模型试验中不允许出现水下涡和吸气的水面涡,并应限制水泵吸水管内涡角的大小和流速波动值。

漂浮式垂直轴风机水池试验模型设计

为开展漂浮式垂直轴风机水池缩尺模型试验,以自主设计的5MW漂浮式垂直轴风机为原型,在满足几何相似、质量相似和傅汝德相似的基础上,设计并制作了一套缩尺比为1∶50的浮式垂直轴风机缩尺试验模型,包括叶片、横撑、塔架、风机驱动装置等。模型叶片设计基于风机气动性能相似,以考虑不同雷诺数条件下原始翼型的气动性能差异;风机驱动装置固定在塔底并与平台上部相连,能驱动风机转子以目标转速平稳运行。此外,该试验模型搭载了六分力传感器、光纤光栅传感器等测量设备,并通过引入滑环装置,解决了传感器线缆在旋转时与底部固定结构的运动干扰问题,实现了旋转模型塔底及叶片、横撑上的载荷测量,可为漂浮式垂直轴风机缩尺模型试验的开展提供参考。

海洋工程试验的浮式风力发电机模型设计

应用相似原理及机械工程与结构设计方法开发并制造了完全满足几何相似与傅如德(Froude)相似的1 ∶50 NREL 5 MW风机试验缩尺模型。模型风机可用于衡量不同风速下风机转速、转矩、推力,以及叶片局部受载情况;同时实现了可精确模拟风机塔影效应的“风机-塔架”一体式模型设计,解决了线束干扰等问题。该缩尺模型风机为准确评估浮式风力发电机性能提供了基础。

LNG运输船旁靠FLNG卸载作业时的水动力性能试验

针对LNG(液化天然气)运输船旁靠FLNG(浮式液化天然气生产储存装置)进行卸载作业时两船间存在复杂的水动力响应问题开展了水池模型试验,研究了不同载况下FLNG、LNG运输船的运动响应与相对运动特性以及旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力情况,并分析了斜浪对两船相对运动、旁靠定位系统连接缆与防碰垫的受力和系泊定位系统锚链受力的影响。结果表明:两船的艏摇一致性较好;横荡和纵荡存在较明显的相对运动,相对横荡运动波频运动特性明显,相对纵荡运动低频运动特性明显且幅值更大;风和波浪的夹角变化对于两船相对运动和旁靠系统所承受载荷有一定的影响,而且斜浪工况下两船相对运动和承受载荷都更加明显。这些研究结论可为LNG运输船旁靠FLNG卸载作业以及未来FLNG的设计提供参考。

浮式液化天然气储存装置单点系泊水动力特性分析

针对设计的计划作业于南海1 500 m水深海域的浮式液化天然气储存装置(FLNG),开展了水池模型试验和数值计算分析,模拟了南海的环境条件,采集了单点系泊下的FLNG船体六自由度运动以及系泊锚链顶端载荷时历,在频域和时域范围对FLNG水动力特性以及舱内液体晃荡对FLNG的影响进行了研究,结果表明:在频域分析中,舱内液体晃荡使得FLNG的横摇运动在波频范围表现出较固体装载更小的运动响应;在时域分析中,舱内液体晃荡在南海一年一遇海况下加剧了FLNG的横摇运动;在百年一遇海况下削弱了该型FLNG的横摇运动;舱内液体晃荡对FLNG的纵摇、垂荡、纵荡、横荡以及艏摇运动影响较小。在此基础上,提出了系泊系统优化方案并进行了数值计算研究,认为在满足一定安全裕度的条件下能够通过减少系泊锚链数目显著降低建造成本,这对现阶段FLNG的自主设计提供了一定的参考依据。

世越号起吊姿态敏感性分析与方案选择

韩国世越号打捞是世界上首次利用托底钢梁原状态整体起吊难船出水的工程。客滚难船装载的货物容易在沉没后发生移位,上层建筑长时间沉没海底后发生泥沙淤积导致难以准确估计整船的重量重心及浮力浮心的位置。利用水池模型试验和数值计算两种方法分别对大型浮吊船单臂架打捞法和双驳船抬吊打捞法进行了难船姿态受重心位置偏移的敏感性分析。水池模型试验中发现,用大型浮吊船单臂架打捞法,世越号的姿态受其重心位置偏移非常敏感,容易发生侧翻;而用双驳船抬吊打捞法,世越号的姿态受其重心位置的影响非常有限,难船和抬浮驳船都可以保持一个较好的姿态。对比水池模型试验的结果,由于难以计及托底钢梁的翘动和滑动现象,数值计算中得到的难船起吊姿态值偏小。双驳船抬吊打捞法被选为打捞世越号的施工方案,其对难船重心位置偏移不敏感的特性得到了现场实证。这个特点为世越号的成功打捞出水起到了关键作用。

基于CFD的单体复合船水动力性能分析

为了研发高耐波性新船型,本文提出了加装艏部附体的深V复合船型,并以常规圆舭船型为对照船型,通过CFD数值计算和水池模型试验对2种船型的水动力性能进行了对比分析。采用STAR-CCM+软件基于重叠网格技术及VOF方法建立相应数值水池模型,计算分析了2种船型的横摇阻尼、静水阻力和在规则波中的运动响应。此外,基于数值方法优化所得到的圆舭船型和深V船型方案,制作了相应缩尺模型并开展了拖曳水池模型试验以对比和验证数值结果。研究表明:加装减摇附体的深V复合船的阻力性能与圆舭船型相当,其在波浪中的垂荡和纵摇运动稳定性明显提高,显著提高了深V复合船的综合航行性能。

非接触式海洋模拟平台测量技术研究

针对海洋模拟平台接触式测量方法精度低的问题,提出了适用于"海洋移动式平台"水池模型试验的非接触式测量方法并详细阐述了实时异步触发同步抓取图像功能的实现及两步法标定过程。该方法基于机器视觉原理使用双CCD进行平台的运动监测,利用标定内外参数来重构物体空间坐标,并由此分解浮体六自由度运动的信息。最后给出了测试结果。结果表明:所提算法在分析精度方面有了较大的提高。

单柱式浮式风力机动力响应特性研究

相对于传统能源来说,风能有着清洁和可再生的特点,因此具有巨大的发展潜力.目前大多数研究者对于浮式风机的研究还主要依赖于数值仿真程序,但计算的准确性还有待验证.水池模型试验是研究浮式风机动力特性和验证仿真程序行之有效的方法.论文通过模型试验,对单柱式浮式风机的动力学特性进行了研究.描述了在上海交通大学深水试验室进行的1：50缩尺比的浮式风机水池模型试验,详细介绍了风力机和浮体的缩尺模型、试验安装方法、锚链系统、造风整流系统和各种传感器.还深入研究了风浪载荷对浮式系统的影响.

新型干树半潜式平台运动性能研究

为了经济有效地开发南海深远海天然气田,设计研发了一型适用于南海深水环境条件的新型干树半潜式平台,采用伸缩立柱的柔性连接将上部平台主体和下部浮箱垂荡板相连,从而使平台具有优良的水动力运动性能。介绍了该平台整体概况及各项基本参数,并基于三维势流理论,采用时域耦合计算分析方法,对新型干树半潜式平台运动性能分别开展了数值模拟和水池模型试验的对比分析。结果表明:新型干树半潜式平台运动性能的数值模拟结果和模型试验结果吻合度较好,且均满足相关要求,可以用于中国南海深水气田,实现干树采油。该新型平台为中国南海凝析油天然气田的开发提供了一种新的开发平台型式。