系泊状态下三浮体风电平台叶片动力响应研究

论文摘要

随着全球能源使用量的日益增长,对化石类不可再生能源的过度依赖而导致其日益枯竭,这种状况对人们尽快开发和利用新的清洁能源提出了迫切要求。风能是一种取之不尽的清洁能源,对其高效开发和应用得到了广泛的重视。海上浮式风电平台可最大限度地减少风光干扰,有效地避免叶片噪音污染对环境的影响,成为当前新能源研究的热点。由于当前海上浮式风机相关技术发展尚不成熟,在其向大型化、大功率方向发展时,出现许多尚未解决的技术问题,并出现了一系列的平台事故。其中叶片损伤问题在当前风电装备开发中显得尤其突出,这使得深入开展海上风力发电机叶片的动力响应研究非常必要且迫切。本研究利用浙江省近海海洋工程技术重点实验室拖曳水池,开展了系泊状态下三浮体风电平台叶片动力响应试验研究。试验在充分考虑相似性基础上,制定试验方案、制作试验模型、安装仪器设备、卸货费南京那边开展试验数据的对比分析工作。试验重点关注按缩尺比换算后的切入风速、额定风速和单独海浪作用下的风机叶片动力响应,共开展了 3种浪高、6种波长共54种工况的叶片动力响应数据采集、整理和分析工作。试验研究的结果表明:①在无风条件下,电机扇叶上各点的应变变化量Δε较小,波长和波高的变化对Δε没有一致性的影响作用;叶片上各测点的应变变化量是由几个主要频率所对应的应变变化决定,当测点离转动中心距离增大时,主要频率对扇叶应变的影响作用逐渐减弱;②在切入风速V=3m/s、环境波高1.56m情况下,靠近扇叶迎风面中部测点的应变变化量Δε远高于其它位置测点;而V>3m/s情况下,中部迎风面测点的Δε值则低于扇叶其它位置测点的数值;扇叶中部背风面测点的Δε值在试验所涉及的条件下均低于迎风面测点的值,而其它部位测点的Δε值则与迎风面相当;③在风速V=1=1.4m/s情况下,对于不同的环境波高和波长,电机扇叶上各点的应变变化量Δε变化规律不完全相同。总体上扇叶中部测点应变变化量Δε低于其它位置测点,中部迎风面测点Δε值大于背风面测点。在模型试验的基础上,对NREL的5MW风机进行了在切入风速、额定风速及单独海浪作用下的数值模拟,分析了该风机叶片应变响应特征。最后,对将来的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外海上风电平台发展现状与趋势
•   1.3 海上风电叶片技术概况
•   1.4 课题研究的目的和论文结构
• 第二章 海上浮式风电平台的环境载荷
•   2.1 风的描述
•     2.1.1 叶片相关理论
•     2.1.2 风轮气动载荷分析
•   2.2 波浪载荷的分析
•     2.2.1 波谱方法
•     2.2.2 随机波浪理论
•   2.3 系统平台受力
•     2.3.1 系泊缆计算原理
•     2.3.2 系泊方式
•     2.3.3 锚泊系统设备
•     2.3.4 锚链受力分析
•     2.3.5 系泊缆的计算
•   2.4 本章小结
• 第三章 浮式风电平台水池试验
•   3.1 相似理论和模型缩尺比的确定
•   3.2 试验模型与试验环境
•     3.2.1 浮式风电平台模型的制作
•     3.2.2 雷洛数分析
•     3.2.3 试验环境与测试设备仪器
•     3.2.4 试验方案
•   3.3 试验结果分析
•     3.3.1 风速v=Om/s的叶片响应特征
•     3.3.2 风速变化对扇叶应变响应的影响作用
•     3.3.3 波长、波高对叶片应变变化量△ε的影响作用
•   3.4 本章小结
• 第四章 海上浮式风电平台叶片数值模拟
•   4.1 FAST的简单介绍与基本原理
•   4.2 FAST导入文件描述与计算求解
•   4.3 平台的几何外形
•     4.3.1 叶片参数
•     4.3.2 塔架与机舱参数
•     4.3.3 平台参数
•     4.3.4 锚链参数
•   4.4 计算工况选择
•   4.5 时域计算结果分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 主要研究工作总结
•   5.2 对于未来研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文及研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘浩

导师: 崔振东,李俊来

关键词: 浮式风电平台,应变响应,模型实验,数值模拟

来源: 浙江海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,电力工业

单位: 浙江海洋大学

分类号: TM614;P752

总页数: 77

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