海上浮式風(fēng)力機(jī)氣動力性能研究.pdf

1、隨著國民經(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)，將成為一個新的課題。海洋風(fēng)能作為一種綠色能源越來越受到世界各國的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。隨著海上風(fēng)能開發(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)動對風(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

2、風(fēng)力機(jī)的氣動力特性顯得尤為重要。另外，海上風(fēng)力資源的湍流特性對浮式風(fēng)電系統(tǒng)尤其是風(fēng)力機(jī)的性能將帶來重要影響，而這種影響將通過風(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)計參數(shù)對湍流風(fēng)進(jìn)行了描述，分析了湍流風(fēng)的統(tǒng)計特性及影響因素。并基于vonKarman譜，采用諧波合成法對風(fēng)力機(jī)盤面處的風(fēng)湍流進(jìn)行了模擬。隨后對經(jīng)典葉素動量(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應(yīng)的

3、修正模型。并根據(jù)修正后的經(jīng)典BEM理論對美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室的UAE實(shí)驗(yàn)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了模擬，同時將計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較來考察經(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，同時為計入流動延時效果引入了動態(tài)尾流模型，而在處理尾流偏向工況時采用了偏航模型。通過對非定常BEM理論計算結(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理論對處于湍流風(fēng)中

4、的風(fēng)力機(jī)性能進(jìn)行了計算，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)帶來的影響。最后，考慮浮式基礎(chǔ)運(yùn)動對入流風(fēng)速的影響，以及對風(fēng)力機(jī)方位帶來的變化，將浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動引入到風(fēng)力機(jī)性能的計算中，采用非定常BEM理論進(jìn)行計算。并通過改變浮式基礎(chǔ)運(yùn)動形式或運(yùn)動參數(shù)，來研究浮式基礎(chǔ)的運(yùn)動對風(fēng)力機(jī)性能帶來的影響。
　　研究結(jié)果表明，BEM理論能夠有效的對風(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。浮式基礎(chǔ)的艏搖運(yùn)動會對風(fēng)