摘要：基于风和波浪的伴生关系及波浪能与风能同时获取的可行性,提出一种基于半潜式风力机与点吸收式波能装置的新型风浪联合获能系统。建立考虑等效(PTO)的全过程风-浪-多体耦合时域分析模型,并研究波能装置设计参数对波浪能输出功率的影响规律,重点研究风浪联合运行海况下新型风浪联合获能系统的结构动力响应特征与获能特性。结果表明,波能装置的安装对平台纵荡运动和系泊系统产生不利影响,对风力涡轮机的影响较小,此外垂荡和纵摇响应均随波能装置的加入得到抑制,纵摇角平均值减小25%,垂荡位移标准差减小42%,与漂浮式风力机相比,联合获能系统的平均输出功率增加17%。

摘要：液化石油气等液态燃料在运输过程中受运载工具运动状态变化的影响易产生晃动,液舱晃动引起的流体冲击载荷将威胁运载船舶及车辆的安全性,严重时会发生倾覆。运用运动模拟平台进行液舱晃动试验是目前的重要研究手段,文中基于等效机械模型方法对液舱-运动模拟装置的动力学进行了研究。首先,建立了在纵荡激励下矩形充液液舱的等效机械模型,并通过试验及仿真对等效机械模型进行验证。基于矩形液舱等效机械模型,联合Stewart并联机构,建立了液舱-运动模拟平台系统的动力学模型。通过与等质量无晃动系统进行对比,分析了晃动产生的流体载荷对运动模拟平台受载的影响。结果表明:激励频率对运动模拟平台受载有显著影响,在接近液舱固有频率的情况下,运动模拟平台所受载荷明显增大。该研究可为晃动模拟平台的承载能力校核、设计及控制提供参考。

摘要：半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明:NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer,TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。

摘要：针对潮流能水轮机发电效率较低的问题,该文将格尼襟翼(Gurney flap,GF)流动控制理论引入潮流能水轮机叶片设计领域来改善水轮机叶片的水动力学性能,并开展GF及其参数对水轮机叶片水动力学特性的影响规律的研究。以NACA4418翼型作为研究对象,分别对基础翼型段和带GF的水轮机叶片翼型段建立三维模型,应用CFD数值模拟方法,研究了不同GF高度、弦向位置以及偏转角度对叶片翼型水动力学性能的影响。结果表明:翼型段上安装格尼襟翼能够有效提高升力系数,合理的GF参数设置可以有效地改善翼型段的水动力学性能,该研究中当GF安装在尾缘处且高度为3%C(C为弦长)、偏转角度为90°时,对翼型段改善效果最佳,其最大升力系数增加60.51%。

摘要：建立风力机塔筒-复合筒型基础-冲刷地基的耦合动力分析模型,通过实测数据验证数值模型的准确性。基于已完成的复合筒基地基冲刷试验,在耦合动力模型中实现冲刷地基模型的准确建立,考虑局部冲刷后应力历史对剩余土体参数的影响,分析风力机结构体系的动力响应特征,将计算结果与不考虑冲刷影响的计算结果进行对比。结果表明:地基的冲刷使得风力机结构的自振频率降低,增大了复合筒基风力机结构体系运行的危险;考虑地基冲刷后复合筒基的运动速度有较明显的提升,提升幅度最大约为8%,因此在进行复合筒基风力机设计时,必须考虑地基冲刷对动力特性的影响;在局部冲刷对复合筒基风电结构体系动力响应影响的研究中可忽略冲刷后应力历史对土质参数的影响。

摘要：海上风电结构长期服役于恶劣的海洋环境中,损伤不断累积,严重时导致整体失效。现有损伤检测方法可以识别结构损伤,但未考虑桩-土作用、冲刷效应对结构动力特性的影响,若直接应用于实际工程容易导致损伤误判。基于交叉模型交叉模态(cross-model cross-mode,CMCM)法,考虑桩-土作用和冲刷效应,优化了桩基的边界条件,发展了CMCM结构损伤检测方法。建立了单桩-土体有限元模型,结合已有试验数据,验证了砂土地基条件下数值模型及检测方法的可靠性。进一步地,研究了桩-土作用、冲刷效应对整体结构模态的影响,并基于不同地基假定的基准模型,对数值模型中的结构损伤进行检测。结果表明,考虑桩-土作用、冲刷效应后的地基刚度降低,从而导致结构频率降低、模态振型改变;该模型边界更符合实际工程地基状态,排除导致误判的干扰因素后,结构损伤位置、程度均可被准确识别,提升了CMCM方法的准确性和工程适用性。

摘要：潮流能水平轴水轮机设计过程涉及的参数、算法较多,但有一定规律可循。在现有理论基础和实践经验之上,制定一套相对标准的设计流程,并开发出一款水轮机辅助设计软件,使水轮机设计方便高效。根据水轮机设计流程搭建水轮机设计软件整体框架;结合动量理论、叶素理论、Wilson叶片设计模型推导叶片设计模块算法,运用叶素-动量理论分析叶片及水轮转子载荷模块算法;软件框架设计与其模块算法分析为设计潮流能水平轴水轮机设计软件奠定坚实基础。并以设计20与50 kW水轮机为例,设计出的水轮机获能效果满足工程要求,验证设计软件算法可靠。

摘要：针对潮流能水平轴水轮机的水动力学特性的特殊要求,采用直接数值优化方法进行潮流能水平轴水轮机叶片翼型优化设计,得到最大相对厚度介于12%~40%之间、适用于从叶片尖部到根部的7个不同厚度的OUC-TTXXX潮流能水平轴水轮机专用翼型,数值模拟和模型水槽试验结果表明所设计的OUC-TT-XXX潮流能水平轴水轮机翼型族具有良好的水动力学性能。

摘要：风速与风向联合分布在工程规划、结构设计以及风能资源评价等方面应用广泛。风玫瑰图是目前分析风要素常用的手段,不足之处在于该图只能表示特定16个方位各级风力的频率分布情况。基于连续型角度-线性联合分布模型,该文提出了根据风玫瑰图建立联合分布模型的新方法,并绘制了一种新型且在风速及风向上均连续的风频分布图。以辽东湾长兴岛站的风测数据为例,建立风速风向联合分布模型,绘制风速风向联合分布图。结果表明:1)统计模型可靠性高,与原始风向风速分布相关性极强;2)联合分布模型相比风向离散的风速分布模型,可以更好地反映邻近方位之间风速分布的相互影响;3)新的联合分布图给出了全方向的风频理论分布,克服了传统风玫瑰图中仅有16个风向的不足。

摘要：基于大功率的海上风力机(OWTs)的动力特性约束,优化确定不同水深范围内柔性、刚柔性及刚性设计方案下3种典型固定式海上风电支撑--单立柱、单立柱三桩和导管架式结构主尺度;进一步分析动力特性可行结构方案相应外环境激励及抗力特征不确定分布下结构强度、刚度性能的可靠度指标。研究结果表明:大功率风力机固定式支撑结构水深拓展到100 m,导管架支撑刚柔性设计为经济可行方案,相应方案的单立柱及单立柱三桩存在过大位移及应力。该方法可用于海上风电支撑结构选型和方案决策。