spar型浮式风机平台动力响应的分析

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterDynamicResponseAnalysisofaSparTypeFloatingWindTurbinePlatformCandidate:TangYaoSupervisor:ZouZaojianMajor:NavalArchitectureandOceanEngineeringSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTo

2、ngUniversityJanuary2013万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文摘要摘要随着日益严峻的能源稀缺和全球变暖，风能作为一种绿色可再生的能源，越来越受到人们的关注。由于陆上风机的安装空间有限，而近海海域的风机又会影响海岸环境，深海海域广阔的安装空间和巨大的风能资源吸引了越来越多的专家学者致力于浮式风机的研究。本文首先综述了国内外浮式风机平台运动相应的研究现状，然后概述了浮式风机工作状态可能会遇到的风和海浪的基本特性。作为前期研究准备工作，基于OpenFOAM开发了二维粘性数值波浪水池，并验证了其有效性。然后，利用SESA

3、M软件中的Patran-Pre模块建立了OC3-HywindSpar型浮式风机平台的面元模型。由于势流在解决大尺度海洋工程问题中的丰富经验，本文介绍了解决无系泊无航速浮式海洋结构物在波浪载荷作用下频域内运动响应的势流理论，随后，使用HydroD模块计算了该Spar型风机平台的附加质量、阻尼系数、RAOs和激励力，从Spar型浮式风机平台的RAO中粗略估算出该平台的固有频率，给出了Spar型平台工作时的危险频率范围。随后，介绍了有系泊浮式海洋结构物在波浪载荷作用下时域内运动相应的相关理论，设定了系泊风机在工作状态下可能遇到的环境条件，在DeepC

4、模块中考虑Spar型风机平台与系缆之间的耦合作用，计算了系泊风机在均匀定常风作用下的静平衡位置,以及在均匀定常风和规则波作用下、在均匀定常风和相应不规则波作用下的动力响应。通过对时域结果进行谱分析，总结出平台的运动可分为与锚链和平台固有频率相关的低频运动和与遭遇波浪频率相关的高频运动两部分；通过对时域结果进行最大值分析，总结出平台的运动是由作用于平台的风力和平台遭遇的波浪频率共同决定的，平台的运动幅度随着平台所受风力和遭遇波浪周期的增大而增大。本文研究浮式风机系统动力响应的分析方法对于将来该领域的研究具有一定的参考价值，所得的研究结果可为浮式风

5、机的优化设计提供一定的指导，并可为将来相关试验的设计提供参考。关键词：浮式风机；耦合动力响应；规则波；不规则波；均匀定常风i万方数据上海交通大学硕士学位论文AbstractABSTRACTWithincreasinglyseriousenergyscarcityandglobalwarming,windenergy,asagreenandrenewableenergy,attractsmoreandmoreattentions.Becausethespaceforlandwindfarmsislimitedandnearshorewindfar

6、mswouldaffectcoastalenvironment,wideinstallingspaceandenormouswindenergyindeepseahaveattractedmoreandmoreexpertstodevotethemselvestocarryingoutresearchonfloatingoffshorewindturbines(FOWT).Firstly,thisthesisreviewsthepreviousdomesticandoverseasresearchesonFOWTfoundations,summ

7、arizesthetheoriestocalculatewindandwaveloadsandintroducesthemethodstocalculatefloatingstructures’responsesinfrequencyandtimedomainrespectively.Onthatbasis,apanelmodeloftheSpar-typeOC3-HywindFOWTisestablishedviathePatran-PremoduleinthesoftwareSESAM.Calculationsofaddedmass,pot

8、entialdamping,RAOsandexcitingforcesarecarriedoutusingHydroDmodule.Thenunder