海上浮式風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的數(shù)值模擬.pdf

1、本文從研究方法、仿真軟件以及國內(nèi)外的研究進(jìn)展三方面綜述了海上浮式風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的研究背景，并介紹了浮式風(fēng)機(jī)氣動(dòng)荷載模擬的基本理論。以O(shè)C3-Hywind Spar浮式平臺(tái)和NREL5MW風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，在STAR-CCM+軟件中完成風(fēng)機(jī)三維流場的數(shù)值建模與計(jì)算，包括風(fēng)機(jī)葉片的三維氣動(dòng)模擬、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響以及Spar浮式風(fēng)機(jī)在風(fēng)浪場中的耦合氣動(dòng)-水動(dòng)模擬。
　　首先建立NREL5MW風(fēng)機(jī)的幾何模型，并在CFD軟件中完成風(fēng)

2、力機(jī)流場的數(shù)值建模。采用k??（SST）湍流模型，分別使用MRF法和滑移網(wǎng)格法模擬風(fēng)機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)，開展網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證以及不同風(fēng)速工況的數(shù)值模擬，以驗(yàn)證模型的可靠性。此外還分析了垂直風(fēng)剪切以及塔影效應(yīng)的影響。在此基礎(chǔ)上，以O(shè)C3-Hywind Spar浮式風(fēng)機(jī)為對(duì)象，采用重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬浮式平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，研究三個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)對(duì)浮式風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能的影響，包括縱蕩、縱搖和首搖運(yùn)動(dòng)。計(jì)算結(jié)果表明：浮式平臺(tái)的縱搖和縱蕩運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)發(fā)電量的影響非常大，而首

3、搖運(yùn)動(dòng)對(duì)整體氣動(dòng)荷載的影響較小，開發(fā)適用于浮式風(fēng)機(jī)的變槳控制系統(tǒng)以及合理調(diào)節(jié)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性對(duì)保證風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定以及風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)包括塔架、葉片和減速齒輪的疲勞壽命都有重要意義。最后模擬Spar浮式風(fēng)機(jī)在耦合風(fēng)-浪場中的氣動(dòng)性能，包括整體數(shù)值模型的建立，浮式平臺(tái)的水動(dòng)力測(cè)試以及在風(fēng)浪的聯(lián)合作用下的氣動(dòng)-水動(dòng)耦合模擬。氣動(dòng)-水動(dòng)耦合模擬的結(jié)果表明：（1）受塔影效應(yīng)的影響，功率與推力曲線按1/3的葉輪周期進(jìn)行波動(dòng)，塔影效應(yīng)對(duì)風(fēng)機(jī)輸出功率的影響較小。（