半潜式浮式风机动力响应机理的理论与模型试验研究

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1、上海交通大学硕士学位论文半潜式浮式风机动力响应机理的理论与模型试验研究硕士研究生：李良学号：1120109120导师：王晋教授胡志强副教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterTHEORETICALANDEXPERIMENTALRESEARCHONDYNAMICRESPONSEOFASEMI-SUBMERSIBLEFLOATINGWINDTURBIN

2、ECandidate：LiLiangStudentID:1120109120Prof.WangJinSupervisor：AssociateProf.HuZhiqiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNavalArchitectureandOceanSpeciality：EngineeringSchoolofNavalArchitecture,CivilAffiliation：andOceanEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institut

3、ion：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文半潜式浮式风机平台耦合机理研究与试验分析摘要由于环境污染、能源危机、可持续发展等议题日益成为人类社会生活的中心内容，风电产业正受到全世界愈来愈多的关注。实际上，陆基风力发电的商业化运作已经取得的巨大成功，已经成为一些地区的支柱型能源。然而，陆基风力发电的视觉、噪声污染却长期以来饱受诟病；而且由于陆地风场先天性缺陷（低平均风速、高湍流度），工业界难以高效地利用风力资源。在这样的背景条件下，风电产业正谋求向深水风场进军并创造性地提出了浮式风机平台这一全新的海洋工程装备概念。本文对一半潜式

4、浮式风机平台（OC4-DeepCwind）在典型风、浪条件下的运动、载荷响应性能进行了全面的分析与研究，并自主开发了一套时域耦合分析程序——Wind-SKLOE作为浮式风机系统动力学响应的预报工具。在此基础上，本文开展了相应的模型试验研究，充分讨论了模型制造、尺度效应等核心议题并通过试验数据验证了该耦合分析程序的预报精度。最后，文章利用数值工具FAST对该浮式风机系统在非正常工作状态下的动力学性能进行了研究。本文具体研究内容如下：1.首先全面、详实地介绍浮式风机系统这一全新的概念，重点阐述其在工程应用上的挑战与不同研究方法。2.开发耦合动力学时域模拟程序（Wind-

5、SKLOE）预报浮式风机系统的运动相应。水动力学数值模型基于线性势流理论，并通过叶素动量理论计算气动载荷。由于自由液面的记忆效应，辐射波浪力与浮体历史运动相关，Wind-SKLOE中采用脉冲响应理论对其进行模拟。此外，通过引入动态尾流模型对气动力学中的动态效应进行修正。3.以OC4-DeepCwind半潜浮式风机系统为研究对象开展相应的模型试验研究，详细介绍试验设计思路以及操作过程。着重讨论在Froude数相似条件下由于Reynolds数不相似所导致的气动力载荷不匹配问题以及修正方法。4.通过模型试验测量数据对自主开发程序的预报精度进行验证，讨论该程序的适用性与局限

6、性v上海交通大学硕士学位论文5.通过数值工具FAST对OC4-DeepCwind浮式风机系统在非正常工作条件下的独特响应特性进行研究，重点讨论机舱内部传动机构强制关闭后的瞬态效应。关键词：浮式风机，动力响应，模型试验，时域数值计算，Wind-SKLOEvi上海交通大学硕士学位论文THEORETICALANDEXPERIMENTALRESEARCHONDYNAMICRESPONSEOFASEMI-SUBMERSIBLEFLOATINGWINDTURBINEABSTRACTInrecentyears,issueslikeenvironmentalpollution,en

7、ergycrisisandsustainabledevelopmenthavearousedmuchconcernamongthepublic.However,traditionalland-basedwindturbineshavebeencontinuallycomplainedaboutthevisual,acousticandenvironmentalimpacts.Duetomoreturbulentbreezesandlowerannualmeanwindvelocity,itistechnologicallyhardtoachievehighere