基于张力腿平台风能-波浪能集成结构系统动力分析

提出一种基于张力腿平台(TLP)的新型风能-波浪能集成结构的概念设计方案,分析该集成系统在典型海况下的水动力响应特征.该集成模型由2个外侧迎浪纵摇式波浪能装置(WEC)、一个内侧TLP模块以及一个DTU 10 MW风力机组成.基于BEM方法研究该集成系统风力机叶片的气动性能,并基于势流理论方法综合考虑WEC和平台的多体...     

新型浮式风能-波浪能集成结构系统耦合动力分析

针对中国丰富深水风能和波浪能资源开发的未来需求,提出一种张力腿式风力机与垂荡式波浪能装置相集成的新型浮式结构系统。首先,选取NREL 5 MW风力机模型,基于叶素动量理论(blade element momentum,BEM)方法研究该集成系统风力机叶片的气动性能,基于势流理论方法模拟分析垂荡式波浪能装置与张力腿平台结构的水动力载荷,并考虑波浪能装置等效PTO(power take-off)系统的多体动力耦合效应,建立新型张力腿式风力机-垂荡式波浪能装置集成结构系统的空气动力与水动力耦合时域分析模型;其次,对比总结不同波浪能装置(PTO)设计参数对集成平台波浪能输出功率的影响规律;最后,重点研究典型最大运行发电海况下该新型浮式集成结构系统的结构动力响应特征及风能-波浪能输出功率特征,并验证其在极端海况下的安全性能。     

新型双浮体波浪能发电装置的频域分析与试验

针对海洋监测活动的需求,提出运用一种新型的双浮体波浪能发电装置(WEC),并应用基于三维势流理论的有限元软件AQWA对装置的垂荡特性进行了频域分析,即采用无阻尼的质量弹簧系统共振理论对能量转换装置(PTO)刚度和阻尼进行优化,分析了入射波浪频率和浮体初始吃水深度对装置的影响。结合我国渤海区域特定波况取相似因子为1∶15,对该双浮体波浪能发电装置进行了模型设计,并在华南理工大学造波水池进行试验,结果显示该装置在规则波作用下俘获宽度比达1.433,具有实际应用意义。     

半潜式波浪能养殖平台与系泊系统的耦合动力分析

以“澎湖号”半潜式波浪能养殖平台为研究对象,开展养殖平台及其系泊系统在浪、流联合作用下水动力性能的研究。基于三维势流理论,应用一阶泰勒展开边界元方法对其频域水动力进行计算,研究不同浪向下平台的运动响应和二阶波浪漂移力。采用间接时域分析方法和异步耦合方法实现平台和系泊系统的时域耦合动力求解,对不同浪流组合工况下平台的时域运动与锚链张力进行分析。研究表明,在南海常规海况中平台稳定性较好,立柱间水动力干扰尤为明显,顺浪时平台所受的二阶波浪漂移力最小。在与系泊系统的耦合作用下,平台的横摇与纵摇运动受入射波浪向的影响较大,入射波波高对顺浪下的平台横摇运动和横浪与斜浪下平台纵摇运动影响明显。     

三边型兆瓦级波浪能装置锚泊系统动力特性分析

采用ANSYS-AQWA软件建立三边型兆瓦级波浪能装置及其锚泊系统分析模型,计算正常完整状态和锚泊线断裂1根状态下装置和锚链的动力特性,分析聚酯缆绳的刚度、环境入射角及平台锚链的出链长度对锚泊系统的最小安全系数的影响。结果表明：锚泊系统的最大张力受聚酯缆绳动态刚度的影响显著;当采用锚泊线初始构成方案时,对于部分环境入射角,锚泊系统的最小安全系数不满足规范要求,但通过调整平台锚链的出链长度,使得在正常完整状态和有1根锚泊线断裂状态下均满足相应规范要求。最后,根据计算分析对工程上的布置设计提出建议,从而在保证锚泊系统可靠性的同时提高整体工程的经济性。     

基于粘弹性人工边界的防洪堤动力有限元分析

以大型有限元软件ANSYS为平台,将地震荷载转化为等效节点荷载,通过对比4种不同人工边界条件对地震波的吸收效应,验证了采用粘弹性人工边界在有限元模型时域数值分析方法中的合理性,分析了不同频率下动荷载对结构动力反应的影响,并以福州市闽江防洪堤工程为例,对比分析了在传统的固定边界与粘弹性人工边界两种边界条件下防洪堤的地震响应。结果表明,粘弹性人工边界方法精度高、易于实现、实用性强。     

海上张力腿平台风电机组结构动力特性研究

采用强耦合法对张力腿平台风电机组支撑结构进行模态分析,充分认识张力腿平台结构的动力特性。由计算结果可知:整体振型复杂,不同构件振型变化较大,平台的振动对上部塔架有连带作用;调整张力钢缆长度和平台水下位置对平台结构的动力特性影响不大,张力腿平台结构对水深、环境激励荷载具有很好的适应性;通过共振分析,有效区分结构自振频率和环境载荷的激励频率,避免共振危害的发生,可以满足海洋复杂环境下风电机组的正常运行。     

海上漂浮式风力机张力腿平台静动力特性分析

基于Von-Mises失效理论,利用Ansys有限元软件研究了张力腿平台结构强度和振动模态.结果表明:平台立柱迎风、背风侧分别发生拉伸、压缩变形,并在立柱与延伸腿交接面以上部分,随着高度增加,平台变形增大;立柱与x轴方向延伸腿交接处和平台顶端为平台危险区域;由于平台结构的对称性及低阶模态的危险性,为防止平台发生共振响应,应特别关注第1和第3阶模态特性;风轮转动和波浪运动均不会引起平台共振.     

粘-弹性人工边界在重力坝动力分析中的应用

采用粘-弹性人工边界条件应用于重力坝的动力响应分析中,解决了波在边界上的反射问题。计算结果表明,该方法比传统的固定边界无质量地基下的动应力结果降低了10%~30%。同时对粘-弹性边界下地震波从人工边界上输入与从坝基面均匀输入的两种方法进行比较,对重力坝而言,结果较为接近。     

单浮筒振荡浮子式波浪能装置的动力特性分析

针对振荡浮子式波浪能利用技术,提出一种单浮筒式波浪转换设计方案,对单浮筒随波浪的运动特性展开研究,将波浪能转换为振荡浮筒的摆动机械能,传递给PTO能量转换系统。通过采用Star-CCM流体仿真软件分析浮筒装置在不同PTO能量转换系统参数下的运动特性及受力情况,得到不同弹簧阻尼工况下浮筒装置的运动特性,以期为波浪能技术的装置结构优化及真实海况运行提供理论基础。     

一种多浮体铰接式波浪能装置的运动分析与俘获特性研究

基于线性势流理论,利用总模态法对多浮体铰接波浪能装置“海星号”在波浪中的运动开展水动力学系数计算;然后基于矢量力学建立多浮体刚体运动学方程,并结合几何约束条件开展动态响应计算,获得最优俘获效率和最优负载阻尼;最后比较并分析“海星”波浪能装置的多浮体俘获效率,获得“海星”多浮体做功的俘获特性。研究表明：“海星”波浪能装置的多浮体四向迎波设计可拓宽装置最优俘获频带宽度,提高装置整体俘获效率;正向迎波与背向迎波俘获波浪能方式相比,小周期情况下,正向吸波浮体俘获效率较高,随着周期增大,正向吸波浮体俘获效率开始降低,背向吸波浮体俘获效率开始增大,极大周期情况下,正向吸波浮体和背向吸波浮体俘获效率趋于一致且趋近于零。     

同轴双浮体波能装置最优获能研究

该文以同轴双浮体波能装置为研究对象,通过理论分析建立运动方程,求解线性能量摄取(PTO)作用下的最优阻尼系数及最大输出功率.同时探究了装置能量捕获的影响因素及控制策略,提出一种具有普遍意义的最优获能估算公式.研究结果表明:双浮体波能装置可通过调节PTO阻尼力使得获能最大化,且较单浮体装置具有更宽的能量俘获频率范围;不同...     

波浪能发电装置现场测试中波浪参数比测分析

在波浪能发电装置现场测试工作中,波浪参数的测量是评估波浪能发电装置性能的重要依据之一。在分析和比较波浪骑士与浪龙的波浪测量方式基础上,开展对这2种设备在大万山海域现场的对比测试工作。应用标准差、皮尔逊相关系数等数学方法,对测试数据进行处理与分析,并绘制有效波高玫瑰图,分析这2种设备对波浪参数的测量差异性。结果表明,波浪骑士与浪龙对有效波高和波周期参数的测量差异性较小,对波向的测量差异性较为显著。研究成果为波浪能发电装置现场测试工作中波浪参数的测量提供了参考依据。     

二阶波浪力下超大型半潜浮式风力机动态响应分析

针对DTU(Technical University of Denmark)10 MW风力机,使用FAST软件对典型海况下不同水动力分量作用下的半潜浮式风力机系统进行全耦合分析,包括仅一阶波浪力作用、一阶波浪力和采用Newman近似计算的二阶差频波浪力作用、一阶波浪力和全域二次传递函数（quadratic transfer functions,QTFs）计算的二阶差频波浪力作用、一阶波浪力和全域QTFs计算的二阶和频波浪力作用以及一阶波浪力和全域QTFs计算的完整二阶波浪力作用,以对比分析二阶差频、和频波浪力对超大型半潜浮式风力机动态响应的影响;基于风力机结构疲劳计算理论,分析二阶差频和频波浪力对风力机结构疲劳破坏的影响。研究发现：在极端海况下,二阶差频波浪力对平台运动响应,二阶差频及和频波浪力对半潜浮式风力机结构荷载和疲劳破坏均产生显著影响。此外,Newman近似方法明显低估二阶差频波浪力对半潜浮式风力机动态响应的影响。     

光伏电站漂浮方阵波浪载荷数值分析研究

采取船舶与海洋工程通用软件SESAM,在鄱阳湖环境条件下,针对170 m×170 m大型漂浮方阵开展波浪载荷数值分析研究,研究在单位波幅规则波作用下漂浮方阵的波浪载荷随行列的变化规律,根据此规律获得整体漂浮方阵的波浪载荷,并据此计算50年一遇的极端条件下漂浮方阵所受的波浪载荷,为漂浮式光伏电站的系泊设计提供基础性数据及技术支持。     

波浪能俘获装置的设计和研究

设计一种新型密封式波浪能俘获装置,浮体随波浪进行摆动,驱动浮体内摆体旋转,将波浪能转换成机械能;通过选取4种摆体的形状进行对比,选出最佳的摆体形状,并建构摆体的数学模型;利用Matlab软件对摆体在不同波浪条件下进行数值求解,之后在水动力测试平台进行模型试验。结果表明：球体是最佳的摆体形状,其装置俘获效率较高,且结构简单、成本较低,可为下一步定量优化装置提供有效的理论依据。     

不等截面串联双管浮体模型波浪能量转换特性研究

提出一种具有后弯管和直通管2种工作模式的新型振荡水柱装置,并通过水槽实验来探讨做功方式、波周期、波高及质量等因素对该装置从波浪能到气动能量转换的影响。水槽实验表明,当模型工作在后弯管模式下,气室中气流双向做功时,规则波中的俘获宽度比（CWR）最高可达138.6%,随机波中的CWR最高可达94%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达113.7%,随机波中CWR最高可达81.9%。当模型工作在直通管模式下,气流双向做功时,规则波中CWR最高可达81.1%,随机波中CWR最高可达66.2%;气流单向做功时,规则波中CWR最高可达53.9%,随机波中CWR最高可达42.1%。模型在随机波实验中后弯管、直通管工作模式的CWR峰值分别能达到“巨鲸号”的3倍、2倍,显然模型的后弯管工作模式具有更高的能量转换特性。     

极端海况下附配重系泊漂浮式风力机响应分析

为提高风波作用下平台稳定性并降低系泊拔锚风险,提出对Barge平台系泊添加配重的新型系泊系统。基于辐射/绕射理论和有限元方法,对比系泊添加配重前后Barge平台动态响应、系泊受力及躺地长度变化,并研究配重位置的影响。结果表明：在保证系泊安全的前提下,添加配重可有效降低平台纵荡、垂荡及纵摇响应并增加系泊躺地长度;当配重距锚点约160 m时,平台纵荡响应最小且躺地长度最大,纵荡、垂荡及纵摇响应幅值分别减小41.9%、20.4%及11.8%。此外,1~4号系泊躺地长度为未加配重时的12.9、2.0、1.9及0.9倍,张力略有增大,但仍在安全范围内;1号系泊（迎风浪侧）躺地长度最小,拔锚风险最高,4号系泊（背风浪侧）添加配重后其躺地长度缩短,拔锚风险增加。