浮式潮流能載體與水輪機(jī)耦合運(yùn)動特征研究.pdf

1、隨著化石燃料的逐漸枯竭與環(huán)境的日益惡化，海洋可再生能源逐漸引起了世界各國的關(guān)注。潮流能作為海洋能中的一種，成為了海洋工程與能源領(lǐng)域中新的熱點。漂浮式潮流能電站以其成本低、便于安裝與維護(hù)等優(yōu)點，獲得了廣泛的應(yīng)用。漂浮式潮流能電站長期系泊于海上，受到風(fēng)、浪、流等環(huán)靜載荷作用的同時水輪機(jī)的周期性旋轉(zhuǎn)與振動還會帶來額外的激勵力。由此，電站會受到不同頻的激勵源的作用而產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動。在以往的分析中，通常以定常附加阻尼和定常外力來代替水輪機(jī)的貢獻(xiàn)。

2、雖然這樣可以在一定程度上反應(yīng)運(yùn)動幅值的變化，但對運(yùn)動的描述并不準(zhǔn)確。本文考慮了水輪機(jī)受到的波浪力與水輪機(jī)自激力的周期性變化，求解水輪機(jī)對電站載體運(yùn)動的影響。
　　首先建立系泊漂浮式載體搭載立軸水輪機(jī)系統(tǒng)各部分受力的理論模型。運(yùn)用該理論模型開展求解方法和水動力載荷研究：對于水輪機(jī)，應(yīng)用 CFD方法求解受迫振蕩的水輪機(jī)的水動力，將受力擬合為周期性變化的水動力系數(shù)與自激力。對于浮式載體，推導(dǎo)垂直圓柱體在波浪中受力的輻射與繞射問題，以一種

3、圓盤作為漂浮式潮流能電站的載體。對于系泊系統(tǒng)，確定錨鏈的參數(shù)，將其等效為一個附加的剛度矩陣。綜合上述因素討論電站工作狀態(tài)下的平均位移。
　　對于電站載體的運(yùn)動，在頻域內(nèi)，本文運(yùn)用傅里葉級數(shù)展開的方法推導(dǎo)了非線性運(yùn)動方程的半解析解，并將方程分解為自激勵運(yùn)動與波浪激勵運(yùn)動。通過編寫程序，求解了單位規(guī)則波中縱蕩與縱搖自激勵運(yùn)動響應(yīng)與耦合運(yùn)動響應(yīng)，比較了不同波浪頻率下工作狀態(tài)與停機(jī)狀態(tài)下的運(yùn)動響應(yīng)幅值，并探索了水輪機(jī)不同轉(zhuǎn)速對運(yùn)動的影響。