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海上浮式风机半潜式基础水动力特性研究

毛莹  
【摘要】:海洋风能作为一种绿色,安全的可再生资源,极具发展前景。新型浮式风机的出现和发展可实现对海洋风资源的开采和大规模利用。半潜式支撑基础的吃水小,稳性良好,运输安装方便且成本相对较低,是海上浮式风机支撑基础的首选结构形式之一。本文以Tri-?oater型半潜式风机系统为对象,利用商业软件SESAM研究其在风浪流联合作用下的动力响应特性。第一章简要地回顾和总结了国内外浮式风机平台的研究进展。第二章阐述了Tri-?oater型半潜式风机系统在风浪流中动力响应特性的数值分析方法。在此基础上,主要研究了以下工作:在第三章中,首先利用SESAM软件验证了Tri-?oater型半潜式风机系统无系泊时在周期波浪中的响应特性和系泊时在风浪流中的响应特性,通过数值模拟计算值与文献值的比较,表明了所用方法的可靠性、合理性。在第四章中,研究了浮式风机系统系泊系统动力特性的影响参数。分析了悬链线系泊缆的预张力、直径和长度、系泊缆布置形式等参数对风机平台运动响应和系泊缆动力响应的影响规律。并在此基础上,对原Tri-?oater风机系统的系泊系统提出一种成本更低的系泊设计改进方案。在第五章中,对Tri-?oater风机系统的平台参数进行敏感性分析,研究了平台吃水和垂荡板参数对风机平台系统的运动响应影响规律。在此基础上,根据东海和南海三个不同水深区域百年一遇海况条件,对Tri-?oater型浮式基础的主尺度参数进行改进,并分别设计了相关的系泊系统,最后对改进后的Tri-?oater型浮式基础的运动响应及其系泊张力特性进行了数值计算分析。研究表明,垂荡板的尺度参数对风机平台基础响应有较大影响。选取合适的系泊缆参数,能提高风机整体系统的动力响应性能。当平台参数改进后,Tri-?oater风机基础在东海和南海三个不同水深区域的垂荡响应良好,已避开共振周期。并且在时域耦合计算中,改进后的Tri-?oater型浮式基础及其系泊系统都能满足东海和南海百年一遇极端和破损工况下发电作业的要求。


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