新型阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台水动力分析

常规的单立柱式(Spar)风力发电机平台,在水深较浅区域工作时,结构本身受吃水限制,工作效果较差。常规Spar重心较低,具有良好的稳定性,但是由于它往往具有超过100 m的吃水,因此使其不能应用于中近海域(水深小于100 m)。可设计研究一种适用于中国东海不超过100 m水深的中近海域新型浮式风机平台以解决此问题。针对NREL 5MW风机能应用于100 m水深的情况,对50 m吃水的新型Spar(SJTU-S4)及其系泊系统进行了概念设计研究。利用商业软件建立水动力模型,进行数值仿真,同时设计缩比模型试验,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室(SKLOE)进行水动力性能测试。结果表明,本文研究的新阶梯式浅吃水单立柱浮式风机平台在100 m水深、多种海洋波浪环境下,通过试验和仿真验证,能够具有良好的运动响应,为风机提供较好的工作条件。     

高航速下KCS模型艏波破碎与艏部涡量数值研究

基于RANS方法,研究了高航速下KCS模型在静水工况中的艏波破碎。采用自主开发的水动力求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了5个航速下(Fr=0.26,0.35,0.375,0.40,0.425)KCS的兴波流场。将Fr=0.26时工况的流场模拟结果与以往实验结果进行了对比,验证了数值方法和网格设置的可行性。为了研究艏部破波的结构和机理机制,分析对比了中高速工况(Fr=0.35)和高速工况(Fr=0.40)下的艏部兴波结构、涡量场以及速度场等。结果表明当前数值方法可以精确捕捉艏波的翻卷以及对应的凹陷。此外,对Fr=0.35工况下船艏处的横向切面和纵向切面云图进行了详细探讨,分析了艏波破碎过程中涡量场、速度场的变化。     

导管架平台上部组块双船拆除

为研究复杂海域环境中海洋平台双船拆除方法的安全性与可操作性,采用水动力数值计算与水池模型试验相结合的方法进行研究。将双船水动力耦合计算与水池模型试验进行对比,在相对理想海况下,结合与实际工况接近的规则波作用,进行驳船水动力性能变化与运动响应的幅值分析。在受力分析方面,对甲板耦合装置进行改良设计,对比试验数据与数值计算数据,得到受力在合理范围内的结论。研究内容为实际施工的合理性提出一定的指导性意见。     

基于ANSYS的船用钢板往复式电磁感应加热成形性能研究

针对电磁感应加热过程中集肤层效应所引起的加热深度过低等问题,提出往复式加热方法。基于ANSYS软件建立了船用钢板移动电磁感应加热三维有限元数值模拟模型,进行了往复式加热和单次加热的数值模拟试验,分析对比了不同加热方法对成形性能的影响。计算结果表明,相比于单次加热,往复式加热获得的角变形更小而横向收缩量更大,适用于需要获得更大的横向收缩量的加工情形。     

单相多线圈中频变压器DC/DC控制方法研究

多端直流电网是未来分布式输配电网的关键技术,不同电压等级的直流电网通过中频变压器隔离互联。目前变压器采用多电平移相控制技术因触发不同步存在器件发热不均衡、可靠性不稳定等问题。针对现有技术缺陷,提出了一种单相多线圈中频变压器级联式DC/DC控制方法,拓扑结构主要包括控制器、滤波电感和多线圈变压器。将单相变压器的每一绕组拆分为多个线圈,再将每个线圈的半桥控制模块串联,这样可以有效改善功率器件电压和电流的应力,实现电容电压自动均衡。MATLAB/Simulink仿真结果表明所设计的拓扑结构和控制方法是可行的。     

基于状态量预测的风储联合并网储能优化控制方法

为了使风电场兼具可调度性和输出功率平稳性,提出了基于状态量预测的电池储能系统(BESS)优化控制方法。该方法在BESS配合风电场短时调度的基础上增加了预测控制模块,该模块根据超短期风功率预测结果对电池极限状态进行预判,并综合考虑预测误差、波动尺度限定值和运行约束条件,实时调节BESS输出功率,以降低极端状态下的并网尖峰波动。为了提高预测精度,提出了结合混沌法和一般线性法的神经网络组合预测模型。算例结果表明,所提控制方法能使风储并网功率很好地跟踪调度指令,在实现了可调性的同时降低了并网尖峰波动。     

基于磁阻传感器的船用低速机活塞环磨损监测方法

建立了用于监测船用低速机活塞环磨损的磁场三维有限元计算模型,分析了活塞环轴向运动及磨损对监测点磁感应强度的影响.搭建了船用低速机活塞环的磨损监测试验台,分析了不同活塞环磨损状态的磁阻传感器输出信号变化规律.结果表明:活塞环磨损量与磁阻传感器信号特征值间存在着一一对应关系,信号电压幅值随活塞环的磨损呈上升趋势,证实了基于磁阻传感器的在线监测船用低速机活塞环磨损状态的有效性.     

基于致动线模型的风力机尾流场数值模拟

本文基于致动线模型求解三维Navier-Stokes方程的方法,对NTNU的"BlindTest1"风力机尾流场进行了数值模拟。该方法避免了求解实际叶片的表面边界层,无需使用动网格,从而大大降低了网格量和计算时间,非常适用于尾流场的模拟。该文所有计算均基于OpenFOAM自定义的求解器ALMpisoFoam。推力和功率的计算值与实验值吻合得很好,验证了求解器的正确性。3个典型叶尖速比下的轴向诱导因子、湍动能和尾涡结构等也在文中进行了简要分析。     

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。     

复合结构减振优化设计模型

复合材料由于具有低密度、高阻尼和良好的比强度、比刚度等特性而被工程结构设计广泛采用。复合材料结构设计的特点在于力学性能设计和结构设计相结合,设计变量多,影响因素更为复杂,优化设计工作显得尤为重要。基于不同减振评价指标,结构动力学优化设计可以采用不同优化模型,减振效果也相差很大。以钢 -复合材料复合基座结构为例,研究采用功率流落差与振级落差进行减振效果评价,以结构总重量或评价点输出功率流等为目标函数,以钢板厚度、复合材料铺层数和铺层角度为设计变量,考虑应力约束时各种结构动力学优化数学模型,并采用多岛遗传算法进行求解,比较减振效果。研究表明,采用复合结构功率流优化模型能获得更佳减振效果。