海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析.pdf

《海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析蔡恒，朱仁传（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，海洋工程国家重点试验室，上海200240）摘要：基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力，利用准静定系泊模型来模拟系泊力，利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数，建立了风机在波浪作用下的时域运动方程。论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应，计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好，证明了方法的适用性。关键词：脉冲响应；准静定系泊模型；计算流体力学；粘性阻尼中图分类号：U

2、661.32文献标识码：ADynamicResponseAnalysisofFloatingOffshoreWindTurbineinWaveCaiHeng，ZHURen-chuan（TheStateKeyLaboratoryofOceanEngineering,SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China）Abstract:Retardation

3、functionsandtime-domainwaveforcesaresolvedbasedonthreedimensionalfrequency-domainpotentialtheoryandimpulseresponsefunctionmethod,mooringforcesaremodeledbyaquasi-staticcablemodel,viscousdampingcoefficientsarecalculatedthroughfree-decaynumericalsimulati

4、onbasedoncomputationalfluiddynamicsmethod,soFOWTmotionequationinwaveintime-domainisestablished.TheresultsofDeepCwindsemisubmersibleFOWTobtainedbythismethodareingoodagreementwiththeexperimentaldataandothernumericalsimulationsresults,whichprovetheapplic

5、abilityofthismethod.Keywords:impulseresponse;quasi-staticcablemodel;computationalfluiddynamics;viscousdamping0引言在海上浮式风机的设计建造过程中，往往需要预报风机在随机风以及不规则波作用下的动力响应，由于风浪环境的复杂多变以及风机系统的精细复杂，准确预报风机动力响应是很困难的。为了得到更好的预报结果，相关机构进行了大量的风机模型试验，其中一部分模型采用较大尺寸并在海岸上进行试验，例如位于意

6、大利海岸的功率为100kW的张力腿平台风机BlueH，位于挪威海岸的[1]1:5缩尺比的spar平台风机Sway等；另一部分模型则采用较小尺寸并在波浪水池中进行试验，例[2]如PrinciplePowerInc.的WindFloat模型，以及在MARIN（MaritimeResearchInstituteNetherlands）[3][4]水池进行试验的三种浮式风机模型（分别为张力腿平台，spar平台以及半潜式平台），等等。模型试验耗时耗力，而且存在尺度效应，而利用数值模拟的方法就能够克服模型试验

7、的这两个缺点。对于浮式风机，目前主要的数值模拟方法是基于势流理论，利用Morison方程或者模型试验所得的非线性阻尼系数来考虑粘性影响，利用准静定系泊模型或者考虑系泊动力效应的浮体-系泊耦[5][6][7][8]合模型来计及系泊力，Coulling等人，Koo等人，Masciola等人，以及Hsu等人均利用上述方法对浮式风机的动力响应进行了分析与研究。但是，基于势流理论的数值模拟方法还无法真实而全面的反映流体粘性对风机运动的影响，于是就有学者基于粘性流理论，采用计算流体力学方法，[9][10]利用

8、开源CFD软件或CFD商用软件对风机进行数值模拟，以更好的考虑粘性影响。本文结合势流理论与粘性流理论各自的优势，利用三维线性频域势流理论得到风机的水动力系数，然后利用脉冲响应函数方法得到风机时域运动的时延函数以及时域波浪力；基于粘性流理论采用CFD商用软件在StarCCM+平台上对风机在静水中作单自由度自由衰减数值模拟，由得出的衰减218曲线计算相应的非线性阻尼系数，对势流理论的线性阻尼系数做修正；同时，对于系泊力，本文采用时域准静定系泊模型进行模拟。论文建立了风机的时域运动方程，