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半潜式海上漂浮式风力机气-水动全耦合分析

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针对传统水动力学求解软件与其他数值分析代码不能充分考虑叶片气动载荷分布、涡尾迹结构以及风波耦合效应.通过STAR-CCM+中具有叠加运动和悬链线系泊求解器的动态流动相互作用模块建立一套气动-水动-系泊完全耦合动力学方法,开发较为可靠的漂浮式风力机数值模型.通过分析平台自由衰减曲线、6 自由度响应以及风轮气动性能验证了所提耦合模型的可靠性;三维可视化流场分析表明,漂浮式风力机在波浪载荷作用下产生6自由度运动,叶片表面与涡管产生的脱落涡与塔架、机舱后方尾涡相互作用,加剧流场复杂性.结果可为漂浮式风力机流场优化与设计提供一定理论参考.
Fully Coupled Aero-hydrodynamic Analysis of a Semi-submersible Floating Offshore Wind Turbine
Traditional hydrodynamic software and other numerical analysis codes can not fully consider the blade aerodynamic load distribution,vortex wake structure and wind-wave coupling effect.Thus,a fully coupled aero-hydro-mooring dynamic method is established through the dynamic flow interaction model in STAR-CCM+with superposition motion and catenary mooring solver to develop a more reliable numerical model of floating offshore wind turbines.The reliability of the proposed coupling model is verified by analyzing the free decay tests of the platform,the 6 degrees of freedom responses and the rotor aerodynamic performance.Three-dimensional visual flow field analysis shows that the floating wind turbine generates 6 degrees of freedom motion under wave excitation.The shedding vortices from blades and vortex tubes interact with the wake vortices,further increasing the complexity of the flow field.The results provide a theoretical reference for the flow field optimization and design of floating offshore wind turbines.

floating offshore wind turbinedynamic fluid-body interactioncomputational fluid dynamicsmooringfully coupled aero-hydrodynamics

黄浩达、刘青松、岳敏楠、缪维跑、李春、马璐

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上海理工大学能源与动力工程学院,上海市 杨浦区 200093

上海市动力工程多相流动与传热重点实验室(上海理工大学),上海市 杨浦区 200093

中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院,北京市 海淀区 100038

海上漂浮式风力机 动态流体相互作用 计算流体力学 系泊 气-水动全耦合

国家自然科学基金国家自然科学基金中国长江三峡集团有限公司科研项目

5200614852106262NBWL20220145

2024

10.13334/j.0258-8013.pcsee.222521

中国电机工程学报
中国电机工程学会

中国电机工程学报

CSTPCD北大核心
影响因子：2.712
ISSN：0258-8013
年,卷(期)：2024.44(11)
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