波流作用下半潜式网箱与风机基础集成结构动力响应研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yixvmei
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我国是海洋大国,海洋资源非常丰富。近年来,随着节能环保等政策的提出和人们对高质量蛋白需求的增加,海上风电和深远海渔业养殖产业发展迅速,但近海固定式风机和渔业养殖空间几乎达到饱和。因此,海上风电和渔业养殖产业亟需向深远海发展。目前,国家对海上风电补贴政策逐渐退坡且安装和维护成本高使其发展受到严重制约,大型半潜式养殖网箱的出现让深远海养殖成为可能,但其离岸距离远供电成本高,因此,考虑将海洋资源合理开发利用,同时避免海上浮式风机与深海养殖用海冲突,将海上浮式风机和养殖网箱结构相结合具有重要研究意义。本文提出一种深远海半潜式网箱与风机基础集成结构,对该结构的研究主要包括两个方面:一是通过物理模型试验研究不同工况下结构的运动特性和锚绳受力情况;二是利用有限元法进行数值模拟,研究其在不同系泊方式下的锚绳受力和运动规律,具体内容如下:首先,设计了该深远海半潜式网箱与风机基础集成结构物理模型,根据实验水槽的条件,采用1:100的比尺和四点锚碇形式,并且设计了常见的两种系泊方式(张紧式和悬链线式)和10种规则波、9种不规则波、4种纯流、13种浪流、2种风浪流联合工况来模拟实际海况,探索其在单纯波浪作用和联合作用下,该结构在两种系泊方式时的运动特性和锚绳力情况。试验结果表明,张紧式的锚绳力明显大于悬链线式的,各工况作用的结构在两种系泊方式下运动幅值变化趋势相似,且垂荡和纵摇值基本相同,纵荡值相差不大,因此,悬链线的系泊方式优势显著。其次,建立了该半潜式网箱与风机基础集成结构有限元模型,依据物理模型试验中规则波工况的水动力响应结果进行验证表明数值计算的可靠性,模拟其在无网衣状态下结构的运动幅值和锚绳受力情况,并且探究了不同系泊角度对锚绳力的影响。结果表明,由于网的屏蔽效应和阻尼效应使有网状态下的结构锚绳张力值小,运动幅值相对较小。本文提出的半潜式网箱与风机基础集成结构是一种半潜式风机与深海钢结构半潜式网箱相结合的新型设计结构。这种新型结构可以有效利用海洋空间,实现现代化网箱养殖产业与清洁能源产业双赢,对社会经济发展与环境保护都具有重要意义,其试验和数值结果可以为相关研究提供参考。
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