基于非線性波模型的近海風力機流固耦合分析.pdf

1、海上風力機一般安裝在近海域，水深較淺，在淺水區(qū)由于海底摩擦等因素的影響，波浪水動力特性一般呈現(xiàn)非線性。機組同時承受空氣動力、水動力和重力等機械載荷的耦合作用，其流固耦合響應(yīng)特性及其疲勞載荷譜的分析近海風力機技術(shù)研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點。本文在研究較淺水域非線性水動力特性的同時，基于計算多體系統(tǒng)動力學理論，并結(jié)合海上風力機的氣動模塊和波浪模塊建立了海上風力機的多物理場耦合方程，采用高效的數(shù)值仿真模擬得出了風力機在多種工況下的動力響應(yīng)。研究分析的

2、結(jié)果具有較重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。
　　文中通過線性波理論拓展得到非線性波（二階波）模型，并應(yīng)用非線性波浪理論來模擬在淺水區(qū)的波浪。為了探明不同平均水深對水動力特性的影響，分別通過線性和非線性波模型數(shù)值模擬了不同水深的波浪水動力特性（包括水質(zhì)點的速度和加速度）及其演化過程。應(yīng)用 morison波浪力方程建立支撐結(jié)構(gòu)受到的波浪載荷的計算公式，得到了圓筒支撐結(jié)構(gòu)的波浪載荷。
　　采用修正的葉素動量理論來分析作用在風輪葉片上

3、的空氣動力載荷；而作用在圓柱形塔筒上的氣動載荷則是依據(jù)風速廓線法，通過分析塔筒高度與風速之間的關(guān)系，結(jié)合塔筒的繞流規(guī)律，得到了塔筒水平面以上部分受到的氣動載荷。從而分析海上風力機在波浪載荷和氣動載荷聯(lián)合作用下的動力響應(yīng)。
　　文中以NREL的5MW近海風力機模型為研究對象，將整機系統(tǒng)分為剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)，采用超級單元法將海上風力機離散為51個剛體、78自由度的系統(tǒng)。應(yīng)用多體動力學理論和混合多體系統(tǒng)建模方法，建立了受約束的海上風力機系統(tǒng)