海上風(fēng)力機(jī)氣動與水動流場數(shù)值模擬.pdf

1、隨著能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)的出現(xiàn),世界各國都在努力開發(fā)清潔可再生的新能源。在眾多新能源形式中,風(fēng)能是目前最具大規(guī)模開發(fā)前景,也是技術(shù)最為成熟的新能源。特別是海上風(fēng)能近些年來的迅猛發(fā)展,其獨(dú)特的優(yōu)勢使其成為未來風(fēng)電領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。
　　本碩士論文以海上風(fēng)力機(jī)研究為大背景,立足船舶與海洋工程自身學(xué)科優(yōu)勢,以多學(xué)科交叉,“先部分后整體”為基本學(xué)術(shù)思想,主要基于面向?qū)ο蟮?Object-Oriented) C++架構(gòu)的開源計算流體力學(xué)

2、類庫OpenFOAM及在其基礎(chǔ)上開發(fā)的naoe-FOAM-SJTU求解器,利用數(shù)值模擬的方法對風(fēng)力機(jī)的空氣動力學(xué)性能,海上風(fēng)力機(jī)基座的水動力性能,海上風(fēng)力機(jī)整體耦合分析及浮式風(fēng)力機(jī)水動力特性等進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究,并力求在學(xué)科交叉中實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。具體內(nèi)容歸納如下:
　　1.基于三維 Navier-Stokes方程及k-ωSST湍流模式,分別采用多重參考系方法和滑移網(wǎng)格方法對美國可再生能源Phase VI風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了三維氣動性能和繞流場的

3、數(shù)值模擬,分別研究了不同風(fēng)速,兩葉片和三葉片等不同葉片數(shù)風(fēng)輪對風(fēng)力機(jī)軸向推力、扭矩和繞流場的影響,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了風(fēng)力機(jī)塔架與葉片的相互作用,大氣邊界層對風(fēng)力機(jī)氣動性能影響及上風(fēng)向風(fēng)力機(jī)和下風(fēng)向風(fēng)力機(jī)對比研究等內(nèi)容。
　　2.選取亞洲首座海上風(fēng)電場——上海東海大橋海上風(fēng)電場基座為研究對象,利用naoe-FOAM-SJTU求解器模擬了群樁式高樁承臺結(jié)構(gòu)與波浪相互作用過程,分別考慮了規(guī)則波和代表極限狀況的孤立波兩種工況,并研究

4、了基座整體、單根樁柱的受力,波浪爬高,承臺上浪,承臺周圍局部流場等流場信息。計算結(jié)果可以為基座的設(shè)計提供一些定性和定量參考。為了使目前的研究框架更為完整,論文在本章最后還基于naoe-FOAM-SJTU求解器嘗試性地對OC4項目的海上浮式風(fēng)力機(jī)的水動力特性進(jìn)行了模擬和分析,主要研究了風(fēng)力機(jī)浮式平臺的受力,運(yùn)動響應(yīng)和平臺周圍流場等。
　　3.在naoe-FOAM-SJTU求解器的基礎(chǔ)上,編寫了新的求解器OWT-FOAM-SJTU,該