15 MW级Spar漂浮式风电平台的设计方案及水动力性能研究

[目的]针对15 MW级浮式风机,提出一种新型的Spar漂浮式风电平台设计方案,并对平台性能进行分析。[方法]基于势流理论对平台进行频域水动力计算,对不同浪向下的平台波浪力和运动响应特性进行研究;应用叶素动量法计算叶轮气动载荷并将其等效为风力系数,从而计算不同工况风浪流联合作用下的平台时域响应,同时对系泊缆的受力情况进行分析。[结果]结果显示,平台垂荡和纵摇在平台运动固有频率处出现了峰值点,且发生的位置均远离波浪的主要能量区域;在风浪流作用下,相较于工作工况,极限工况下的平台最大纵摇角略小,而最大纵荡和垂荡响应幅值以及最大系泊张力更大。[结论]研究证明新型Spar漂浮式风电平台具有良好的稳性和水动力性能,在设计环境载荷下,平台响应和系泊力均能满足要求,能够保障风力发电机组的安全性和稳定性。

OC4漂浮式风电平台的水弹性响应及波浪载荷研究

漂浮式风电平台在波浪中的摇晃运动会导致塔架根部产生很大的弯矩,极大地威胁平台结构安全。同时流体的附连水质量效应对平台塔架结构的动响应有着较为显著的影响,因此充分考虑这种流固耦合效应有利于更加准确地评估平台塔架的结构动响应。采用三维频域线性水弹性方法计算塔架在流体作用下的结构共振频率特征以及各阶模态振动的主坐标响应特性,然后通过弹性模态叠加法获得塔架的弯矩载荷。并结合概率学手段,预报了短期极限海况下塔架弯曲载荷响应,为新一代漂浮式风电平台结构安全性评估和方案设计提供了技术支撑。

不同布置形式下多船编队阻力性能的数值模拟

多船编队航行是目前发展十分迅速的一种船舶航行方式,合理设置编队的布置形式可降低能耗和提高船舶续航力。论文围绕多船编队的编组形式及其静水阻力性能进行分析,采用VOF方法捕捉自由液面,选取标准的k-ε湍流模型封闭RANS方程,针对单船阻力开展数值仿真并对网格与时间步长进行独立性分析,将仿真结果与试验结果进行比较,验证了数值方法的可靠性。在单船仿真结果的基础上,计算了3船分别呈纵向和三角形编队时的阻力特性,通过3船编队航行的流场特性分析揭示了船-船之间的兴波与尾流干扰对编队阻力的影响规律。结果表明,纵向编队时合理利用上游船舶的低速尾流和产生的有利兴波干扰可以减少编队船舶的阻力,而三角形编队可合理利用中船与侧向船舶之间的有利兴波干扰减少侧船阻力。