纵荡运动对风力机翼型动态失速特性影响研究

采用带转捩SST k-ω湍流模型,以S809翼型为研究对象,探讨纵荡运动方向、频率、幅度对复合运动(俯仰+纵荡)下动态失速的影响规律。结果表明:纵荡频率增加,迎风下的翼型湍动能增强,边界层流体的能量提高、扰动程度加深,使得翼型升力提高的同时提前失速;高纵荡频率工况下,迎风下的前缘涡强度高且覆盖范围广,加速了涡的脱落。顺风条件下,纵荡削弱了前缘涡的诱导效应,有效缩小尾缘涡的拓扑结构。随着纵荡幅度增大,翼型升阻力系数的响应幅值显著增加,尤其是在翼型迎风状态下的上仰阶段。研究揭示了纵荡运动对翼型动态失速的影响规律,对准确认识和评估漂浮式风力机气动性能具有重要意义。

气浮箱型结构纵荡运动水动力系数解析研究

基于二维微幅波理论,采用特征函数展开和匹配渐进法建立了气浮箱型结构纵荡运动的解析解,将Matlab程序计算结果与MOSES数值模拟结果进行了对比分析,验证了程序的合理性;进而对不同吃水、不同水深下结构纵荡运动的附加质量系数和阻尼系数的幅频变化规律进行了研究。结果表明：由于未考虑结构内部气体的可压缩性,数值模拟结果大于程序计算结果,MOSES计算结果偏安全;在一定频率区段上,吃水的增加对结构附加质量系数和阻尼系数有显著影响;随着水深吃水比的增加,结构的附加质量系数和阻尼系数呈增大趋势,只有在圆频率为0.65~0.9 rad/s时呈减小趋势,而阻尼系数则呈增大趋势。

变偏角垂直轴潮流能水轮机纵荡运动水动力分析

采用水轮机旋转运动与强迫纵荡运动的组合模拟水轮机的波浪运动响应,并应用ANSYS CFX软件对均匀来流中水轮机强迫纵荡时的流场和水动力特性进行分析,研究不同纵荡频率和纵荡幅值对水轮机水动力的影响规律.研究表明:与水轮机在均匀来流环境中仅做旋转运动相比,纵荡使水轮机尾涡间距发生疏密变化;水轮机水动力载荷瞬时值的峰值包络线均值产生较大波动,波动频率为水轮机纵荡频率,波动幅值随纵荡频率和纵荡幅值的增加而增加;载荷波动范围的最大值随纵荡频率和纵荡幅值的增加逐渐增加,而最小值却逐渐减小.研究结果可为潮流电站电能输出控制系统及水轮机结构强度校核提供参考.

船舶骑浪运动的分叉研究

在纵荡运动模型的基础上,应用非线性动力学理论对骑浪产生的机理进行了研究,确认了骑浪运动是一个从周期运动到骑浪的过程,其中经历了两次分叉。给出了导致骑浪发生的危险临界参数值,以及周期运动和骑浪运动区域划分。

不同纵荡幅值下浮式水平轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境对于浮式潮流能水轮机性能的影响,对均匀来流环境下施加波浪激励下的水平轴获能叶轮进行水动力分析。结合ANSYS-Fluent流体仿真软件并对其进行二次开发,采用重叠网格法建立均匀来流时浮式获能叶轮受迫运动的水动力分析模型,模拟S型双向潮流能叶轮在不同幅值的纵荡运动时的水动力性能,并结合实际水槽试验对计算结果的准确性进行验证。分析结果显示:纵荡激励使获能叶轮周边的流场速度产生明显的瞬时波动,且获能叶轮受力载荷的波动幅值会因纵荡激励作用的增强而升高;叶轮尾流场的流速变化和流线的变化伴随纵荡幅值的增大而增大,但流场的均匀度伴随纵荡幅值的增大而降低。

随浪中骑浪现象数值研究

对随浪中船舶的骑浪（ｓｕｒｆ－ｒｉｄｎｇ）现象进行了研究，建立了某型船在船体水动力和螺旋桨推力作用下考虑波浪激励力和二阶定常漂移力时的非线性纵荡运动微分方程，运用数值方法，研究了船舶从周期运动到骑浪的转变机理，对周期运动与骑浪之间的临界状态进行了初步的探讨．

FPSO串靠外输碰撞风险分析

碰撞风险是FPSO串靠外输过程中主要风险之一。本文以南海某FPSO外输为例,基于穿梭油轮和FPSO相对运动时域模拟,结合极值理论对外输碰撞风险进行定量风险评估。通过分析对不同装载、风浪流组合、风向改变和拖轮的使用对鱼尾运动和过分纵荡运动的影响,提出外输过程中碰撞发生的防护措施。通过计算分析,证明措施是合理和有效的。结论可为提高外输作业的安全性提供参考。

考虑风剪切的漂浮式风力机气动特性研究

波浪与风载的共同作用下,海上风电机组平台存在多自由度运动,同时伴随着海上复杂的风况,其气动特性变化较为复杂。以NREL5MW风电机组为研究对象,在风剪切来流下,依据波浪和风载的作用规律,研究平台纵摇和纵荡运动对机组气动特性和绕流场细节的影响。结果表明:平台运动会造成风电机组气动性能的周期性波动,而风剪切作用使得风电机组平均发电量降低并加剧功率和推力的波动。风剪切会增大纵摇运动过程中展向截面的法向载荷幅值且波动加剧,但会降低与功率输出有关的切向受力;风剪切作用推迟了纵荡运动过程中展向截面法向和切向载荷峰值出现时刻,加剧载荷的波动。外叶展截面的法向和切向力系数曲线出现平台,加剧了叶片疲劳载荷,减小了功率输出。