超大型半潜浮式风力机基础概念设计及性能研究

半潜浮式风机的基础是保证风机正常运行的关键,而基础各个构件尺寸的设计尤为重要。针对具有大型浮箱结构的半潜型浮式风机基础,拟定三种不同尺寸浮箱的平台,建立了三个有限元模型,进行稳性分析、水动力分析和强度分析,将计算的结果与规范标准进行对比分析,最终确定平台尺寸。计算结果表明：浮箱的尺寸影响平台垂荡和纵摇的固有周期,并且随着尺寸的增大初稳性高度降低,其中浮箱宽度为9 m平台的稳性和水动力性能相对较好,其整体强度分析结果也满足规范要求。     

数值分析倒角半径对半潜式平台绕流特性影响

半潜式平台的多柱绕流问题是研究半潜式平台涡激运动的基础,而半潜式平台多柱之间旋涡脱落的相互干扰使得立柱倒角半径的改变对于半潜式平台绕流的影响更为显著,故研究立柱倒角半径对半潜式平台绕流特性的影响对于半潜式平台的设计建造具有重要的指导意义。该文基于OpenFOAM开源代码工具箱,采用基于剪切应力运输(shear stress transport,SST)的延迟分离涡模拟(delayed detached-eddy simulation,DDES)方法,选取四种典型来流速度,对四种立柱倒角半径的半潜式平台在0°流向角时的阵列四柱绕流进行了数值模拟。并从半潜式平台立柱流体力系数、近尾流场流向速度分布及立柱尾部旋涡脱落特征等方面探究了立柱倒角半径变化对半潜式平台绕流特性的影响。     

内河锚泊浮式码头水动力性能分析

近年来内河水路运输飞速发展,浮式码头以其自身优势多运用于潮差较大的河段,由于浮式结构受风浪等环境因素影响较大,故对其水动力性能的研究至关重要。应用基于三维势流理论的水动力分析软件ANSYS/Workbench/AQWA建立浮式码头数值仿真计算模型,对浮式码头分别进行了频域分析和时域分析,考虑JONSWAP波浪谱与API风谱联合作用下浮式码头的运动响应,研究了不同的码头宽度和吃水深度对其水动力性能的影响。分析研究结果表明,浮式码头固有周期大约为3~8 s,设计时需注意避免固有周期与波浪遭遇周期接近,以免发生共振;浮式码头在高频区域内稳定性较好,但耐波性较差;适当增加浮式码头宽度、减小吃水深度可以减小其运动响应幅值,研究结果可为锚泊浮式码头的设计提供理论参考。     

浮式结构物在波浪中的运动响应计算

根据线性波理论和三维源汇分布方法，提供了大尺度浮式结构物在波浪中运动的水动力系数、波浪载荷以及运动响应的计算方法，应用Ｎｅｗｍａｎ的深水Ｒｅｅｎ函数及其数值方法，对于半球、矩形箱式结构物和半潜式平台的考核计算表明，同模型试验结果符合程度是令人满意的。     

超大型半潜浮式风力机动力特性分析

以DTU 10 MW风力机为研究对象,对现有的NREL 5 MW无撑杆的半潜浮式风力机支撑平台进行放大设计,用于支撑DTU 10 MW风力机;基于浮式风力机"气动-水动-控制-弹性"全耦合分析模型,使用FAST软件对DTU10 MW浮式风力机系统在不同工况下的动力特性进行了分析,并与5 MW浮式风力机系统的动力特性进行了对比。研究发现:风力机大型化后,风荷载低频激励作用更为突出,且系统动力反应有所增加,但整体运动性能良好。     

大管径直桩浮式系靠码头的原型试验研究

介绍武汉红钢城大管径直桩浮式系靠码头的原型动力特性试验和浮式系靠设施在风、浪、流共同作用下的船舶荷载试验及浮式钢系靠设施在实际工作条件下运动状态的试验，结果表明码头横向刚度要比模型计算值大，码头采用多级消能，利用靠船桩、浮箱、护舷等的变位、变形以及水流阻力，使传到码头上的船舶荷载大大减小；浮式系靠设施消能效果明显，系统运转正常。采用浮式系靠设施后，克服了一般桩式码头无叉桩不能承受水平荷载的缺点，使施工更方便快捷。     

半转叶轮水轮机模组化载体平台的水动力性能分析

针对半转叶轮水轮机载体平台的横摇与纵摇对水轮机的水动力性能影响较大,设计一种双体浮式平台作为其载体平台.为提高半转叶轮水轮机的总功率,将平台模组化布置——横向布置与环形布置,计算其横摇与纵摇的运动响应.研究表明:半转叶轮水轮机环形模组平台与单个双体浮式平台相比,最大横摇角、最大纵摇角均大大减小,在提高水轮机总功率前提下...     

漂浮式海上风电关键技术与发展趋势

漂浮式海上风电是深远海风电开发的关键技术,是实现碳达峰、碳中和的重要途径之一。漂浮式风机系统设计涉及气动力学、结构动力学、伺服控制系统、水动力学和系泊动力学等多个学科的复杂交叉,其动力全耦合仿真面临巨大挑战。针对漂浮式海上风电的风电机组、浮式基础、系泊系统、动态海缆、运输施工及一体化仿真等关键技术,对未来漂浮式海上风电发展趋势进行了展望,为推动深远海海上风电大规模商业应用,提出安全适用、竞争力强的工程解决方案奠定了基础。     

水工钢闸门主梁的最优梁高

对水工钢闸门主梁高度的确定多以经验公式为主,理论不完善,未全面考虑截面形式与支座位置对梁高影响的问题,依据现行钢闸门设计规范,以满足强度、刚度、稳定性和几何构造要求为约束条件,以主梁和竖向隔板总用钢量最小为目标函数,分别建立单轴、双轴对称截面下的简支式和双悬臂式主梁梁高的优化模型。采用半解析法推导出简支式和双悬臂式主梁的最优梁高理论公式。通过与已建工程对比,结果表明:推导的最优梁高公式计算的梁高均与实际工程中的梁高接近,且公式有进一步优化的空间;通过减小隔板高厚比与主梁腹板高厚比可达到降低梁高的目的。该理论公式一方面可应用于工程实践,另一方面也可为完善规范提供理论基础。     

两种不同基础的漂浮式风机载荷对比分析

根据海上风机建模和载荷计算,对比了半潜式、张力腿式和固定式基础机组在额定风速、切出风速及极限空转情况下瞬态时序及载荷统计值:三种不同基础的风机在机头部件的载荷差异不大;但整体上,半潜式要大于另外两种,当波浪达到一定程度之后,这种载荷差异表现更明显,尤其是塔底载荷。对于半潜式风机,主要是通过优化设计半潜平台、选择合理总体参数及特殊的控制策略等方法来降低其载荷。     

半封闭式港湾水动力特性分析——以香洲港为例

受系列工程建设影响，半封闭式港湾往往出现水动力减弱，水体交换变差的现象，为研究工程建设对半封闭式港湾的水动力环境的影响，以珠江河口典型的半封闭式港湾香洲渔港为例，研究周边地区控制性详细规划对香洲渔港泄洪纳潮、水体交换等方面的影响。结果表明：规划方案实施后，规划区附近水域及上游口门水位变化不大，伶仃洋西侧潮流通道潮量变化较小，但香洲港港区潮量减小约1%,水动力进一步减弱，水体半交换周期增加约3.2%,尤其港区西北角水体交换能力相对较差，长期对水环境不利，有必要采取水动力增强措施。研究成果可为香洲港海域水动力提升整治提供参考。     

基于BIM的漂浮式水上光伏电站设计

漂浮式水上光伏电站是一种利用浮式基础在水面上运行光伏发电系统的新兴电站形式。针对漂浮式水上光伏电站浮式基础造型复杂、生产困难、设计繁琐等突出问题,将BIM技术运用于浮式光伏发电系统的三维正向设计中,可以实现浮式基础设计、计算分析、模具加工和生产制造各环节的信息传递与管理,简化了设计流程,减少了绘图工作。基于BIM的设计有效地提高了工程质量,优化了工程进度和控制成本,可为类似工程提供一种新的设计方法。     

黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件USFOS建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明:波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应;船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响;船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

浮式钢壳沉井作水闸闸墩基础的工程实践

在简要介绍苏州河水闸边墩沉井结构和施工方案的基础上,介绍浮式钢壳沉井的钢壳结构与浮运设计、受力井的结构与下沉设计、钢围堰的结构设计,提出浮式钢壳沉井设计需分别考虑浮运期、下沉过程、就位后及运行期不同工况条件,并考虑施工可能发生的不同工况,提出了相应的解决措施。     

绞吸式挖泥船柔性自浮式水下潜管的应用与改进

水下潜管是绞吸式挖泥船的配套机具,它既可以避免浮筒管线在水上作业碍航的影响,且抗风作用也十分显著。根据我国的实际需要,水利水电十三局从荷兰IHC公司引进了柔性自浮式潜管设备,并针对设计中存在的问题进行了改进与配套,即:(1)改进球形接头横向支座结构;(2)设备尾端增加浮体工作平台;(3)在尾部增设自制手动闸板阀和放水管段;(4)用角度弯管代替球形接头;(5)加接弯管等。经过改进后,潜管设备更具有实用性,开发挥了设备的性能和潜力。     

水电站地下厂房结构地震反应显式有限元分析

为充分利用围岩的支撑作用,减小结构变形和振动,地下厂房结构通常会采用锚杆将上下游侧立柱与围岩紧密连接,但此种处理措施对地下厂房地震反应的影响尚不明确。为了解立柱与围岩连接方式对地下厂房地震反应的影响,通过使用显式动力有限元分析软件LS-DYNA,基于粘弹性边界理论和等效地震荷载输入方法,计算分析了水电站地下厂房结构的地震反应。计算结果表明,与采用锚杆将上下游立柱与围岩紧密连接时相比,立柱与围岩分离时,立柱及与立柱相连的楼板和风罩等上部结构在水平地震下的位移反应有所减小,动拉应力值明显下降,特别是上下游侧立柱的内力会大幅降低。由此可见,将上下游侧立柱与岩体分离对减小地下厂房结构的地震反应更为有利。更多还原     

透空潜坝附近水流特性的数值模拟

透空式潜坝是一种兼顾生态和环境的新型整治建筑物。为深入了解透空潜坝附近水流特性,基于N-S方程和不可压缩气液两相流理论建立三维数值水槽,对梯形透空式潜坝附近水流特性进行数值模拟,研究了透空率、水深和流速对潜坝附近流场、紊动能和涡量等水流特性的影响规律。结果表明:相同水流条件下,随着透空率的增大,坝后回流流速减小,坝后根部紊动强度逐渐增大,而坝后1~4倍坝高范围内紊动强度逐渐减小,涡量先增大后减小。透空率不变情况下,在相同断面平均流速条件下随着水深增大,透水率逐渐减小,潜坝附近紊动强度整体减小,但紊动范围变化不大,坝顶强涡量区面积减小。在相同水深条件下随着断面平均流速增大,涡旋回流强度逐渐增大,潜坝附近高紊动区紊动强度整体也增大, 坝体顶侧和透水圆孔附近正负涡量间隔分布,强度逐渐增大。     

螺旋侧板厚度对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响

Spar平台因其特殊的深吃水立柱式结构,在来流影响下极易发生涡激运动。为探究不同厚度螺旋侧板对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响,基于CFD方法,针对不同厚度螺旋侧板,对平台进行了数值模拟并详细分析平台的升阻力系数、压力场及涡量场等流场参数。结果表明:螺旋侧板可有效抑制涡激载荷,且随厚度增加,升力系数幅值先增加后减小,阻力系数逐步减小;在研究范围内,螺旋侧板厚度为0.10 D时,升力系数幅值最小,阻力系数与原型平台在同一范围内,对涡激载荷的抑制效果最好。