论文摘要
最近几年,随着人们对海上风能的探索,海上漂浮式风机得到了快速发展。浮式风机在海上运行时受风和浪的作用会产生平移和旋转运动,风机的运动会对发电效率产生重要影响。除此之外,浮式风机纵荡和纵摇运动将会加剧叶片和塔架之间的相互作用。对于陆上风机,为了减小叶片和塔架之间的相互作用,在风机安装时使风机有一个5度的仰角。对于浮式风机,受风浪的耦合作用,风机将无法保持平衡,因此陆上风机的5度仰角可能不在适用于浮式风机。本文使用商业CFD计算软件STAR-CCM+来模拟固定式风机和浮式风机在不同仰角下的气动性能。本文使用了两种风机,一种为DTU-10MW风机模型,另一种为NRELSMW风机。DTU-10MW风机主要用于网格收敛性验证,NREL 5MW风机主要用于风机气动力性能的模拟。首先,使用不同的网格密度来模拟DTU-10MW风机,并将计算得到的推力和扭矩与风洞实验值进行对比,以此来确定网格是否收敛。同时,也对STAR-CCM+造波的准确性进行了验证。然后研究了仰角对固定式风机气动性能的影响,对比不同仰角下风机的推力和功率,并分析了仰角是如何影响风机的推力和功率。研究发现,仰角是通过改变叶片截面翼型的攻角来影响风机的推力和功率,同时适当的增加仰角不仅可以减小风机推力和功率的波动,还可以减小塔架后方的尾涡。最后对浮式风机在波浪下的运动进行了模拟。通过研究发现,仰角的增加会影响浮式风机的水动力性能,使得浮式风机纵摇运动幅值的平均值以及锚链1张力的平均值出现相对的下降,同时锚链1张力的幅值也出现明显的下降,其中锚链张力波动的幅值会影响锚链的寿命,因此适当的增加仰角可以提高浮式风机的水动力性能,同时还可以降低锚链的载荷,提高锚链的使用寿命;仰角的增加会导致风机推力和功率均值的下降,同时风机推力曲线和功率曲线的波动也出现了减弱的现象,风机推力和功率的波动主要是由于叶片通过塔架时与塔架发生相互作用导致的,而叶片和塔架之间的相互作用是叶片损坏的诱因,因此适当的增加仰角可以降低叶片和塔架之间的相互作用,从而提高叶片的使用寿命。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 王强
导师: 马庆位
关键词: 仰角,浮式风机,气动力性能,水动力性能
来源: 哈尔滨工程大学
年度: 2019
分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑
专业: 海洋学,新能源
单位: 哈尔滨工程大学
分类号: P752;TK83
DOI: 10.27060/d.cnki.ghbcu.2019.000099
总页数: 84
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