【摘 要】
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能源是社会经济发展的不可或缺的一部分,在社会文明中扮演着重要的角色,传统化石能源有限且其消耗会引起温室效应等一系列环境问题。风能作为可再生能源,具有存储丰富、清洁无污染、分布广泛等诸多优点,将在未来维护绿色生态环境、完善能源结构、减缓温室效应等方面发挥重要作用。我国海上风力资源尤为丰富,适合发展海上风电,海上浮式风机具有着广阔的前景,对其进行设计与性能研究具有重要意义。本文基于当前先进水平的平台设
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能源是社会经济发展的不可或缺的一部分,在社会文明中扮演着重要的角色,传统化石能源有限且其消耗会引起温室效应等一系列环境问题。风能作为可再生能源,具有存储丰富、清洁无污染、分布广泛等诸多优点,将在未来维护绿色生态环境、完善能源结构、减缓温室效应等方面发挥重要作用。我国海上风力资源尤为丰富,适合发展海上风电,海上浮式风机具有着广阔的前景,对其进行设计与性能研究具有重要意义。本文基于当前先进水平的平台设计,进行了多种形式半潜式平台的概念设计,利用两种气动荷载等效处理法,基于三维势流理论使用ANSYS AQWA软件对其在不同海况条件下的水动力及运动响应特性进行了对比分析,主要研究如下:首先介绍了三浮筒式(Deep Cwind式)、四浮筒式、两浮舱式半潜式平台浮式风机的方案设计,利用ANSYS AQWA建立各式风机平台仿真模型进行了规则波频域分析,并使用Fer模块做了同一不规则波下的频域分析,对各式浮式风机平台的运动响应进行了对比性分析。其次阐述了利用等效风力系数进行处理风机风荷载的方法,并先进行了仅波浪荷载环境条件时的时域分析,对比了三浮筒式、四浮筒式以及两浮舱式半潜式平台浮式风机的运动响应。之后采用风浪流多种荷载联合作用的环境条件,利用等效风力系数法对各式平台浮式风机进行时域分析,并对各式浮式半潜式平台浮式风机进行了运动响应对比性分析。最后提出了等效荷载法耦合处理风机风荷载的方法,调用了MATLAB的拟合工具箱进行分段拟合了NREL 5MW风机水平推力、力矩以及输出功率伴随其迎面风速变化的响应值。利用C++语言进行了编程,模拟了两种NPD脉动风谱的风,并进行了风机输出功率的模拟。之后调用AQWA User-Force模块,采用气动-水动力耦合模型,利用等效荷载法耦合处理风机风荷载方法,在风浪联合作用的多种环境条件下,对各式浮式风机平台进行了时域分析并校核了其系泊系统锚泊线顶端张力。最终对比了等效风力系数法和等效荷载耦合法两种方法在同一环境条件下对浮式风机半潜式平台的影响。
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