强非线性波作用下大型海上单桩式风机的动力学特性研究

基本信息
批准号:51709039
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:施伟
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2017
结题年份:2020
起止时间:2018-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:任年鑫,马哲,张益,黄金,郑侃,朱莹
关键词:
大型单桩基础海上风力发电机强非线性波水动力载荷耦合动力分析
结项摘要

It is of great significance to develop offshore wind energy in order to change the renewable energy share of the total energy consumption and achieve the sustainable development of economic and society in China. Large-scale monopile (diameter 6-8m) is the main foundation type for offshore wind turbine (OWT) in shallow water. Its dynamic characteristic under the overturning moment due to aerodynamic loads and highly nonlinear hydrodynamic loads due to freak wave and steep wave is an attractive research topic in recent years. In this project, it starts with the hydrodynamic loads of 10 MW OWT due to highly nonlinear waves. The separation technique of incident and scattering waves will be used to develop a time-domain fully nonlinear numerical model at open-sea for the interaction of wave and elastic monopile. The higher-order boundary element method (HOBEM) combined with the domain decomposition technique and parallel algorithm is used to solve the boundary integral equation. The interaction mechanism of highly nonlinear wave (such as, freak wave and steep wave) and large elastic monopile of the OWT is investigated in detail; Based on the original coupled numerical model, it aims to develop an aero-hydro-elastic coupled model by implementing the highly nonlinear hydrodynamic loads; it aims to reveal the dynamic coupling mechanism of the highly nonlinear wave and OWT system; The wind-wave combined physical model test of the wind turbine under the highly nonlinear wave is carried out to verify and correct the coupled numerical model. The research results of this project can provide the scientific basis for the design of the wind turbine system, and it has important theoretical significance and practical value in engineering for long and safe operation of the OWT.

大力发展海上风电,对改善我国能源结构、实现经济和社会的可持续发展具有重要意义。直径6-8m的大型单桩基础是未来近海风力发电机的主要基础型式,其在风载倾覆弯矩与强非线性波浪(畸形波、陡波等)载荷耦合作用下的动力学特性是近年来海上风电研究关注的热点。本课题从10MW单桩风机的强非线性水动力载荷出发,通过在开敞水域分离速度势的方法建立波浪与弹性单桩相互作用的完全非线性数值模型,采用分区技术结合并行算法的高阶边界元方法求解边界积分方程,研究强非线性波浪与大型单桩基础的相互作用机理;在原有耦合数值模型基础上,开发考虑强非线性波浪载荷的气动-水动-弹性全耦合数值模型,揭示强非线性波与风机系统的耦合振动机理;开展强非线性波作用下风机的风浪联合水池模型实验,验证和完善耦合数值模型。本项目的研究成果可为我国海上风电场的桩基优化设计提供必要的科学依据,对海上风机安全、稳定运行具有重要的理论意义和工程应用价值。

项目摘要

大力发展海上风电,对改善我国能源结构、实现经济和社会的可持续发展具有重要意义。.直径6-8m的大型单桩基础是未来近海风力发电机的主要基础型式,其在风载倾覆弯矩与强非线性波浪(畸形波、陡波等)载荷耦合作用下的动力学特性是近年来海上风电研究关注的热点。本课题从10MW单桩风机的强非线性水动力载荷出发,通过数值模拟和水池模型实验,探讨了强非线性波浪荷载对风机动力特性的影响。单桩基础的存在会使畸形波的形成时间比设计的聚焦时间稍有提前。畸形波对单桩基础的作用具有瞬态性。本项目的研究成果可为我国海上风电场的桩基优化设计提供必要的科学依据,对海上风机安全、稳定运行具有重要的理论意义和工程应用价值。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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