海洋浮动式激光雷达测风装置初步研究

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1、学校代码：10289分类号：P715.2密级：公开学号：132010024江苏科技大学硕士学位论文海洋浮动式激光雷达测风装置初步研究研究生姓名居镇导师姓名蒋志勇申请学位类别工学硕士学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋结构物设计制造论文提交日期2015年12月23日研究方向船舶先进制造技术论文答辩日期2016年03月19日答辩委员会主席管义锋评阅人盲审盲审2016年3月19日分类号：P715.2密级：公开学号：132010024工学硕士学位论文海洋浮动式激光雷达测风装置初步研究学生姓名居镇指导

2、教师蒋志勇教授江苏科技大学二O一六年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringThePreliminaryStudyOnMarineFloatingLidarWindMeasuringDevicesSubmittedbyJuZhenSupervisedbyProfessorJiangZhi-yongJiangsuUniversityofScienceandTechnologyMa

3、rch,2016江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权

4、江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。摘要近年来为推动海上风能的有效利用，海上风场的建立越来越受到人们的重视。激光雷达因其探测精度与空间分辨率高、测量范围远等特点，已成为当前测量海上风场的最有效手段之一。目前，激光雷达大多安装在固定桩柱上进行测风研究，随着水深增加桩柱成本急剧增大，不利于长期发展。而浮动式激光雷达测风装置，因其制造成本低、布置方

5、便以及污染小等优点，已经越来越被人们所关注。本文自主设计了浮动式激光雷达测风装置，并基于三维势流理论的SESAM软件对其水动力性能展开了研究。论文的主要研究内容及结论如下：(1)在大量调研各类型仪器的基础上，通过对比分析，选择了安装简便、测风精度高的激光雷达以及相关配套设备，保证激光雷达能够在海上进行长期的测风研究。(2)通过研究国内外相关文献和工程实例，利用SESAM软件进行数值模拟分析，确定了浮动式激光雷达测风装置的结构型式、详细尺寸以及相关设备布置方案，有效降低激光雷达工作时波浪对其测风精度

6、影响。分析可知：对于浮动式激光雷达测风装置内部仪器的布置而言，将其靠近中垂线布置时，能够有效地提高浮动式激光雷达测风装置的无因次衰减系数，从而降低整个系统的运动响应幅值，但是浮动式激光雷达测风装置的固有周期也会随着减小，可能对其工作产生不利影响。(3)应用SESAM软件的HydroD/Wadam模块开展了浮动式激光雷达测风装置的频域计算工作，得到不同波浪入射角、不同水深时的水动力系数。同时，进一步考虑了粘性阻尼对浮动式激光雷达测风装置横摇以及纵摇运动的影响。结果表明：浮动式激光雷达测风装置的运动性

7、能与水深变化无关，其横摇与纵摇运动固有周期约为2s，适合布放在长周期海域，而垂荡运动则具有良好的随波运动特性。此外，在进行浮动式激光雷达测风装置运动响应预报时，建议考虑粘性阻尼作用，否则计算结果偏大。(4)依据不同的工作水深，为浮动式激光雷达测风装置设计了两种系泊系统，分别是：全锚链系泊系统和三段式系泊系统，并应用SESAM软件的DeepC模块对浮动式激光雷达测风装置及其系泊系统进行时域计算分析，验证可行性。其结果表明：当浮动式激光雷达测风装置采用全锚链系泊系统时，想要控制其运动响应和锚链张力，应

8、着重控制浮动式激光雷达测风装置的波频运动成分。而采用三段式系泊系统时，则既需要控制浮动式激光雷达测风装置波频运动成分还需要重点考虑低频运动成分。(5)根据相似理论，确定模型参数，通过模型规则波试验验证浮动式激光雷达测风装置的数值理论结果。I关键词：浮动式测风装置；总体设计；数值模拟；模型试验IIAbstractInordertopromotetheeffectiveuseofwindenergy,theestablishmentofoffshorewindfarmisgetting