论文部分内容阅读
随着化石燃料的逐渐枯竭与环境的日益恶化,海洋可再生能源逐渐引起了世界各国的关注。潮流能作为海洋能中的一种,成为了海洋工程与能源领域中新的热点。漂浮式潮流能电站以其成本低、便于安装与维护等优点,获得了广泛的应用。漂浮式潮流能电站长期系泊于海上,受到风、浪、流等环静载荷作用的同时水轮机的周期性旋转与振动还会带来额外的激励力。由此,电站会受到不同频的激励源的作用而产生复杂的运动。在以往的分析中,通常以定常附加阻尼和定常外力来代替水轮机的贡献。虽然这样可以在一定程度上反应运动幅值的变化,但对运动的描述并不准确。本文考虑了水轮机受到的波浪力与水轮机自激力的周期性变化,求解水轮机对电站载体运动的影响。首先建立系泊漂浮式载体搭载立轴水轮机系统各部分受力的理论模型。运用该理论模型开展求解方法和水动力载荷研究:对于水轮机,应用CFD方法求解受迫振荡的水轮机的水动力,将受力拟合为周期性变化的水动力系数与自激力。对于浮式载体,推导垂直圆柱体在波浪中受力的辐射与绕射问题,以一种圆盘作为漂浮式潮流能电站的载体。对于系泊系统,确定锚链的参数,将其等效为一个附加的刚度矩阵。综合上述因素讨论电站工作状态下的平均位移。对于电站载体的运动,在频域内,本文运用傅里叶级数展开的方法推导了非线性运动方程的半解析解,并将方程分解为自激励运动与波浪激励运动。通过编写程序,求解了单位规则波中纵荡与纵摇自激励运动响应与耦合运动响应,比较了不同波浪频率下工作状态与停机状态下的运动响应幅值,并探索了水轮机不同转速对运动的影响。最后,本文针对漂浮式潮流能电站载体的运动推导了间接时域法的运动方程,给出延迟函数的数值解法,编写了时域运动程序。针对不同转速的水轮机,本文在规则波中模拟了电站纵荡与纵摇的运动时历,分析其初始阶段与稳态的运动规律;根据Jonswap谱模拟了不规则波浪,并在不规则波中求解了运动时历,分析水平运动的极值,并对判断叶尖是否出水,以保证电站各部分的安全。