海上風力機氣動與水動流場數(shù)值模擬.pdf

1、隨著能源危機和環(huán)境危機的出現(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,風能是目前最具大規(guī)模開發(fā)前景,也是技術最為成熟的新能源。特別是海上風能近些年來的迅猛發(fā)展,其獨特的優(yōu)勢使其成為未來風電領域發(fā)展的重要方向之一。
　　本碩士論文以海上風力機研究為大背景,立足船舶與海洋工程自身學科優(yōu)勢,以多學科交叉,“先部分后整體”為基本學術思想,主要基于面向對象的(Object-Oriented) C++架構的開源計算流體力學

2、類庫OpenFOAM及在其基礎上開發(fā)的naoe-FOAM-SJTU求解器,利用數(shù)值模擬的方法對風力機的空氣動力學性能,海上風力機基座的水動力性能,海上風力機整體耦合分析及浮式風力機水動力特性等進行深入系統(tǒng)的研究,并力求在學科交叉中實現(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風力機進行了三維氣動性能和繞流場的

3、數(shù)值模擬,分別研究了不同風速,兩葉片和三葉片等不同葉片數(shù)風輪對風力機軸向推力、扭矩和繞流場的影響,并在此基礎上進一步研究了風力機塔架與葉片的相互作用,大氣邊界層對風力機氣動性能影響及上風向風力機和下風向風力機對比研究等內(nèi)容。
　　2.選取亞洲首座海上風電場——上海東海大橋海上風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構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。計算結果可以為基座的設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項目的海上浮式風力機的水動力特性進行了模擬和分析,主要研究了風力機浮式平臺的受力,運動響應和平臺周圍流場等。
　　3.在naoe-FOAM-SJTU求解器的基礎上,編寫了新的求解器OWT-FOAM-SJTU,該