海上浮式風(fēng)機(jī)尾流場模擬及耦合動力分析.pdf

1、風(fēng)能是最具潛力的可再生能源之一。作為海洋工程裝備的重要組成部分，海上風(fēng)機(jī)正方興未艾。相比于陸上風(fēng)機(jī)，海上風(fēng)機(jī)更加大型化、承受更加復(fù)雜的環(huán)境載荷。由于深海區(qū)域更加豐富的風(fēng)能和空間資源，海上風(fēng)能開發(fā)不可避免地走向深海。對更深海域風(fēng)力機(jī)需求的增加，將不得不采用浮式結(jié)構(gòu)。
　　對于浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，如何進(jìn)行有效的氣動建模，如何準(zhǔn)確模擬尾流場以減小尾流損失，以及如何開發(fā)氣動-水動耦合動力仿真代碼，這些都是亟待解決的問題。本文以開源計(jì)算流體力學(xué)類

2、庫O p enFO AM為基本工具，從風(fēng)力機(jī)氣動性能和尾流場模擬出發(fā)，進(jìn)而研究平臺運(yùn)動對浮式風(fēng)機(jī)氣動性能的影響，最后將開發(fā)的浮式風(fēng)機(jī)氣動性能計(jì)算模塊嵌入 naoeFOAM-SJTU求解器，實(shí)現(xiàn)了浮式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的整體耦合動力分析。
　　本文首先對致動線方法進(jìn)行了詳細(xì)研究。致動線模型是一種將真實(shí)的風(fēng)機(jī)葉片用虛擬的承受體積力的線代替的有效方法，大大節(jié)省了計(jì)算時間。本文利用該方法對風(fēng)力機(jī)氣動性能和尾流場進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并利用NTNU的“

3、BlindTest1”實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)算例對該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，揭示了一些風(fēng)機(jī)尾流場特性。
　　在此基礎(chǔ)上，本文考慮平臺運(yùn)動帶來的額外速度項(xiàng)，發(fā)展了非穩(wěn)態(tài)致動線模型（UnsteadyActuator Line Model，UALM）。本文將UALM與非定常葉素動量理論和 CFD計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證，然后利用該方法分別研究了平臺的縱蕩和縱搖運(yùn)動對浮式風(fēng)機(jī)氣動性能和尾流場的影響。
　　最后，本文將開發(fā)的UALM代碼嵌入到 naoeFO