Spar型海上浮式风机气动性能的数值研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文Spar型海上浮式风机气动性能的数值研究硕士研究生：于双瑞指导教师：郑兴副教授学科、专业：力学论文主审人：孙丽萍教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文Spar型海上浮式风机气动性能的数值研究硕士研究生：于双瑞指导教师：郑兴副教授学位级别：工学硕士学科、专业：力学所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2018年1月4日论文答辩日期：2018年3月12日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.

2、EngTheAerodynamicAnalysisofSparTypeFloatingOffshoreWindTurbineCandidate:YuShuangruiSupervisor:Prof.ZhengXingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicsDateofSubmission:Jan.4th,2018DateofOralExamination:Mar.12th,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学

3、位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件

4、。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日Spar型海上浮式风机气动性能的数值研究摘要随着海上风电技术的不断发展，漂浮式风机已经逐渐向深海发展，并且随着功率的增加尺寸也变得越来越大，

5、对于大型漂浮式风机的研究逐渐引起了人们的广泛关注。由于海上浮式风机在深海环境中会遭受复杂、剧烈的运动，而这些运动不仅会引起风力机复杂的动态响应，还会对风力机风轮气动性能产生较大影响。气动载荷的变化会对风力机的结构强度和弹性等提出更高的要求，并对输出功率产生较大的影响，尾流场分布的剧烈变化也会影响到下游风力机的气动性能，因此对运动状态下浮式风机气动性能的研究十分必要。浮式风机在波浪和风载荷影响下产生的摇荡运动十分复杂，因此本文使用CFD软件首先对固定状态下风力机的气动性能进行了模拟和验证，然后在此基础上对纵摇、纵荡运动及其耦合运动下浮式风机风轮气动性能的变化

6、规律进行了研究，最后对风浪联合作用下自由运动的浮式风机进行了模拟和研究。在固定式风机气动性能影响因素的讨论中，对选用的NREL5MW风机在额定风速下的扭矩和推力进行了计算，并通过尝试不同的计算参数，使计算精度实现了一定程度的提高。通过将优化后的扭矩和推力结果与文献结果对比，验证了本方法的可行性。在纵摇运动和纵荡运动对浮式风机气动性能影响的研究中，首先对不同频率下的单自由度运动（包括纵摇和纵荡）进行了模拟，分析了一个运动周期内不同时刻气动载荷、极限流线以及尾涡分布等气动性能的变化，并对比了不同频率对于这些性能的影响程度。接下来还对相同频率下纵摇和纵荡的耦合运

7、动进行了模拟，模拟结果与单自由度运动对比发现运动的耦合在对气动载荷的影响方面起到了相互抑制的作用。最后，在对均匀风和规则波浪下自由运动的Spar基础支撑的风机的气动性能的研究中，分析比较了三个自由度（纵摇、纵荡、垂荡）运动平均幅值及幅值范围与单自由度运动时的异同，以及输出功率和轴向推力的平均值及变化范围与单自由度运动时的差异，并考虑了锚泊系统的影响。关键词：海上浮式风机；NREL5MW；气动性能；纵摇；纵荡哈尔滨工程大学硕士学位论文Spar型海上浮式风机气动性能的数值研究ABSTRACTWiththedevelopmentoftheoffshorewind

8、powertechnology,thedeep-waterfloa