基于BEM理论的水平轴海流机设计_赵伟国
台风-浪-流耦合作用下海上10_MW级特大型风力机风荷载特性分析
第 36 卷第 2 期2023 年4 月振 动 工 程 学 报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 2Apr. 2023台风‑浪‑流耦合作用下海上10 MW级特大型风力机风荷载特性分析柯世堂1，2，王硕1，2，赵永发1，2，张伟1，2，李晔3（1.南京航空航天大学土木与机场工程系，江苏南京 211106；2.南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，江苏南京 211106；3.上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）摘要: 为揭示海上台风⁃浪⁃流耦合作用下海上风力机的风荷载分布特性，以广东外罗10 MW特大型风力机为研究对象，采用Model Coupling Toolkit（MCT）建立中尺度WRF⁃SWAN⁃FVCOM（W⁃S⁃F）实时耦合模拟平台，分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风⁃浪⁃流的时空演变，再结合中/小尺度嵌套方法分析了风力机风荷载分布特性与叶片⁃塔筒⁃波浪面之间的干扰效应，提出了极端风况下海上风力机典型位置极值荷载模型。
结果表明：建立的中尺度W⁃S⁃F耦合平台能准确模拟台风、波浪和海流间的相互作用；塔筒风荷载在叶片干扰段以横风向为主，在波浪干扰段以顺风向为主，并在低空波面附近表现出较强的脉动特征；A位置叶片最安全而B位置最危险；T4相位为海上风力机单桩基础强度设计的最不利相位，基底剪力最大达7.68×106量级，基底弯矩最大达5.2×108量级。
关键词:风荷载分布；台风⁃浪⁃流耦合模拟；海上风力机；中/小尺度嵌套；干扰效应中图分类号: TU312+.1； TK83 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）02-0299-12DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.02.001引言与陆上相比，海上风力机运行环境更加恶劣，承受复杂多变的风况与海况，面临台风、巨浪、急流等极端复杂海洋环境的严峻挑战。
水平井的水力特征及其解析解的适用条件
G# 压力传感器； "# HI 转换器； J# 电脑
!# 渗流槽； E 水平井； F# 阀门； &# 电磁流量计； ’# 点式测压计； 由此可见 $# 溢水装置；
! 第" 期
! 万军伟等： 水平井的水力特征及其解析解的适用条件 表 !" 传感器 （ 观测点） 的位置 ./012 ( 34567648 49 4052:;/7648 <46875
流作为补给水源* 另外， 分别在砂槽的两侧安装了溢水装置 （图 )） ， 通过溢水设备尽可能使 “ 河水位” 保持稳定， 并 控制顶部具有约 (’ %& 的水层厚度， 避免 “ 河流” 干 枯以及空气进入 “ 含水层” 而破坏基本条件* （$） 选择透水介质的原则有二： 一是为保证渗 流遵循达西定律， 不能采用过粗的介质； 二是为使水 平井井管中水流的流态除层流外能出现更多的流 态， 这就要求水平井的出水量足够大， 因此介质不宜 过细， 考虑到上面 ) 个矛盾因素， 笔者选择粒径为
第 !" 卷
管中的水流运动假定为稳定流， 水流流态为粗糙紊 流 （ 阻力平方区） ， 水头损失与平均流速的二次方成 正比# 这是最早考虑水平井管道内水头损失的论文， 说明作者已经意识到了含水层和井管中水流运动的 区别， 但是它假定水平井为无限长、 整个水平井井管 中水流为稳定流、 水流流态都为 “ 阻力平方区” ， 这 一假定实际上并不具有普遍意义， 因为 “ 井管中水 井管道中水流的流态都为粗糙紊流区 （ 即雷诺数大
*( 引言
D( 水平井的研究现状及存在的问题
水平井是指进水段 （ 滤管） 沿水平方向放置的 ! ’ !" 研究现状 井’ !* 世纪 +* 年代， 前苏联和美国就开始将水平井 水平井水力特征的研究始于 !* 世纪 #* 年代， ［ D P +］ 用于油藏和天然气的开采 ， 当时由于受技术手 D,#" 年 Q5/R8&%< 报道了计算水平井流量的第一个 段的限制， 水平井的施工主要是在地下坑道、 隧道或 大口径的垂直井中进行， 因此施工难度和成本都很 高， 水平井的长度和数量也十分有限’ 到 !* 世纪 C* 年代， 随着水平井钻井工艺及其配套技术的日趋完 善， 水平井的施工难度、 施工成本逐渐降低， 准确性
流体机械内流理论与计算-理论篇
三维空间上任一矢量表示成： a a1u1 a2u2 a3u3
2.1 张量的定义
只有法应力
• n维欧氏空间是n维矢量空
间，用来描述矢量，如位 置矢量、速度、加速度、 力等物理量足够了，但在 连续介质力学中有些物理 量无法只用矢量空间来描 述了。
• P点处的应力不仅有大小 有方向，而且和作用面的 法向有关。
眼，确实要有一批人坐得住冷板凳的人。”
2015-03-03 流体机械专业如何解读李克强总理的讲话？
2.1 张量的定义
• 张量是各种物理量在空间上的数学表示，是沟通 物理模型到数学模型的桥梁。
– 物理量：流固热声电磁光 – 空间：欧几里德空间、黎曼空间 – 数学表示：与坐标系的选取直接相关
• 张量分析是研究张量的基本概念、基本运算和基 本应用的方法。
2015-03-03
1.2 流体机械内流的研究方法
1. 流体机械内流理论 即从质量、动量、能量三大守恒定律出发，利用张 量分析、数学物理方程等数学工具，并针对流体机 械动静叶片排相间排列的特点，建立起流体机械内 部绝对流动和相对流动的控制方程组及其相应的简 化模型和定解条件。
• Wu CH. A General Theory of Three-dimensional Flow in Subsonic and Supersonic Turbomachines of Axial-, Radial- and Mixed-flow Types[R]. NACA TN-2604, 1952.
动力定位系统发展状况及研究方法
海 洋 工 程 <EN FMN;H NHIUHNNZUHI
[3@:(" H3:! \8QS (""(
动力定位系统发展状况及研究方法
赵志高，杨建民，王 磊，程俊勇
("""*"） （上海交通大学 船舶与海洋工程国家重点实验室， 上海
摘
要： 动力定位系统 （+,-./01 2340503-0-6 7,458/） 是一种闭环的控制系统， 其采用推力器来提供抵抗风、 浪、 流等作用在船上的
!"#$%&’$： <=8 >,-./01 A340503-0-6 4,458/ 04 . 1@348>$@33A 13-5B3@ 4,458/ R=01= B840454 .6.0-45 5=8 >045OBQ.-18 Q, R0->，R.?8 .-> 1OBB8-5 R05= 5 B048 5=8 =8@A 3C 5=BO458B4 3- 5=8 ?8448@S <=8 .0/ 3C 5=8 4,458/ 04 53 13-5B3@ 5=8 ?8448@ 3- . B8TO0B8> A340503-S <=8 1345 3C 5=8 A340503-0-6 >384-’ R05= 5=8 B048 3C R.58B >8A5= .-> 5=8 3A8B.503- 04 13-?8-08-5S U54 >8?8@3A/8-5 04 0/A3B5.-5 53 5=8 318.- 8VA@3B.503- .-> 5=8 /3>8B-0W.503- 3C -.$ ?,S U- 5=04 A.A8B，. QB08C 0-5B3>O1503- 3C +27 .-> 054 >8?8@3A/8-5 04 60?8-S ()* +,%-#： >,-./01 A340503-0-6 4,458/；13-5B3@ 4,458/
海流发电机设计与仿真研究
式中： 一 海流发电机转速 ； ｐ 一 极对数 ；
．Hale Waihona Puke 产一海流发电机频率。 当发 电机 的端 电压频率保持不变时， 转速与
发 电机 的极 数成 反 比， 而 电磁功率 与转 速成 正 海流是指平稳且有规律 的海水流动。 海流发 电机是一种捕捉海洋中海水流动的动能， 进而把 动能转化为电能的装置［ ４ ］ 。 比。 要 想与高速发 电机保持相 同的额 定功率， 海 流发 电机 就必 须有较多的极数和较 大的体 积 ，
的１ ／ ３ 或１ ／ ５ ［ ， 因此 永磁 同步发 电机是 海流发 电 机的最 佳选择 。 ｌ － ２ 结构特点
ｓ ｏ ｆ ｔ 软件的Ｍａ ｘ ｗ ｅ ｌ ｌ ２ Ｄ 模块对海流发电机的性能和磁场
进行 分析 ， 验 证了海流发电机设计 的合理性和 准确性 。
关键 词： 海流发 电机
研究与交流 间隙长度相对较大 ， 因为海流发电机要在海里工 作， 海水贯 穿于转 子和 间隙之中， 其定 、 转 子之
间不是依靠空气去传导能量， 而是依靠海水去传 导能量， 因此我们称之为 “ 水气隙 ” ， 这是海流发 电机与其它电机最根本 的区别 ， 也是最大特色之
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ｌ ｐ ｏ ｆ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｘ ｐｅ ｒ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ
ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ —
ｍｕ ｌ ｔ ｉ － ｐ ｏ ｌ ｅ Ｐ Ｍ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ） ｗａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ． Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
轴流悬浮式水轮机抗倾覆性仿真研究
轴流悬浮式水轮机抗倾覆性仿真研究赵宗文;刘羽;张国辉;陈正寿;赵春慧【摘要】基于CFD软件,采用有限体积法,以及固定式轴流水轮机构造原理与可根据海流方向做自适应调整的轴流、悬浮式潮流能水轮机结构,通过数值仿真,开展了悬浮式水轮机系统在数种工况下的纵向方向抗倾覆稳定性分析.对比了不同流速与不同倾向角之间的共30种组合工况,分析了流速与倾向角对水轮机总纵力矩的影响,发现在不同工况下,该悬浮式水轮机在纵向方向上抗倾覆性能良好,在各流速工况下,均能在小倾角范围内达到稳定平衡状态,纵向稳定状态工况下静水面平行线与水轮机中轴线夹角γ保持在2°～3°左右.本文研究结果可为轴流悬浮式水轮机的抗倾覆稳定性计算提供一定参考.【期刊名称】《海岸工程》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】8页(P10-17)【关键词】潮流能水轮机;悬浮式;抗倾覆性;计算流体力学【作者】赵宗文;刘羽;张国辉;陈正寿;赵春慧【作者单位】浙江海洋大学船舶与海洋工程学院,浙江舟山316022;浙江省近海海洋工程技术重点实验室,浙江舟山316022;浙江海洋大学船舶与海洋工程学院,浙江舟山316022;浙江海洋大学船舶与海洋工程学院,浙江舟山316022;浙江海洋大学船舶与海洋工程学院,浙江舟山316022;浙江欧华造船股份有限公司,浙江舟山316101;浙江海洋大学船舶与海洋工程学院,浙江舟山316022【正文语种】中文【中图分类】P753潮汐能是一种周期性海水自然涨落现象,是人类认识和利用最早的一种海洋能。
水平流动的潮汐动能，被称为潮流能，其富集点多出现在群岛地区的海峡、水道及海湾的狭窄入口处，由于海岸形态和地底地形等因素的影响，流速较大，伴随的能量也巨大[1-2]。
与其他可再生能源相比，潮流能具有以下几个特点：较强的规律性和可预测性；功率密度大，能量稳定，易于电网的发、配电管理，是一种优秀的可再生能源；潮流能的利用形式通常是开放式的，不会对海洋环境造成大的影响[3]。