海上浮式風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)力性能研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電量的大幅提高，如何保障電力供應(yīng)，將成為一個(gè)新的課題。海洋風(fēng)能作為一種綠色能源越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視并得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和利用。隨著海上風(fēng)能開(kāi)發(fā)向深水領(lǐng)域的發(fā)展，常規(guī)固定式基礎(chǔ)將難以適應(yīng)深海環(huán)境的要求，采用浮式基礎(chǔ)是必然的選擇。而海上浮式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)除了要承受風(fēng)帶來(lái)的載荷以外，還要承受由于波浪和海流引起的載荷。在波浪和海流作用下浮式基礎(chǔ)的六自由度運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)力機(jī)的性能特性也將產(chǎn)生不可忽略的影響，因此在這種環(huán)境下預(yù)測(cè)

2、風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)力特性顯得尤為重要。另外，海上風(fēng)力資源的湍流特性對(duì)浮式風(fēng)電系統(tǒng)尤其是風(fēng)力機(jī)的性能將帶來(lái)重要影響，而這種影響將通過(guò)風(fēng)力機(jī)輸出功率與風(fēng)速的三次方關(guān)系被進(jìn)一步放大，因此要給以足夠重視。
　　本文首先使用統(tǒng)計(jì)參數(shù)對(duì)湍流風(fēng)進(jìn)行了描述，分析了湍流風(fēng)的統(tǒng)計(jì)特性及影響因素。并基于vonKarman譜，采用諧波合成法對(duì)風(fēng)力機(jī)盤(pán)面處的風(fēng)湍流進(jìn)行了模擬。隨后對(duì)經(jīng)典葉素動(dòng)量(BEM)理論進(jìn)行了詳細(xì)闡述，分析了經(jīng)典BEM理論的不足并引入了對(duì)應(yīng)的

3、修正模型。并根據(jù)修正后的經(jīng)典BEM理論對(duì)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室的UAE實(shí)驗(yàn)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了模擬，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較來(lái)考察經(jīng)典BEM理論的精確性。
　　論文中根據(jù)浮式風(fēng)力機(jī)的特性采用5套坐標(biāo)系進(jìn)行了描述，并推演了非定常BEM理論的主要公式，同時(shí)為計(jì)入流動(dòng)延時(shí)效果引入了動(dòng)態(tài)尾流模型，而在處理尾流偏向工況時(shí)采用了偏航模型。通過(guò)對(duì)非定常BEM理論計(jì)算結(jié)果的分析比較研究了非定常BEM理論的特點(diǎn)。其后，采用非定常BEM理論對(duì)處于湍流風(fēng)中

4、的風(fēng)力機(jī)性能進(jìn)行了計(jì)算，并將結(jié)果與穩(wěn)態(tài)風(fēng)條件下的數(shù)值進(jìn)行比較以分析湍流風(fēng)帶來(lái)的影響。最后，考慮浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)對(duì)入流風(fēng)速的影響，以及對(duì)風(fēng)力機(jī)方位帶來(lái)的變化，將浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)引入到風(fēng)力機(jī)性能的計(jì)算中，采用非定常BEM理論進(jìn)行計(jì)算。并通過(guò)改變浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)參數(shù)，來(lái)研究浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)力機(jī)性能帶來(lái)的影響。
　　研究結(jié)果表明，BEM理論能夠有效的對(duì)風(fēng)力機(jī)的性能進(jìn)行模擬。而在湍流風(fēng)作用下風(fēng)力性能將產(chǎn)生大幅波動(dòng)。浮式基礎(chǔ)的艏搖運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)風(fēng)