垂荡板对浮式风机水动—气动耦合性能影响研究 被引量：9

1

作者 郑建才 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第1期65-73,共9页

随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出... 随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出功率。因此,如何有效地抑制浮式风机系统的运动响应就成为了设计的关键。基于非稳态致动线模型和两相流求解器naoeFOAM-SJTU,进行了带垂荡板的浮式风机耦合性能研究。首先在OC3-Hywind Spar平台上附加垂荡板,并结合NREL-5 MW风力机建立带垂荡板的浮式风机模型。其次对比不同形状的垂荡板对Spar-5 MW型浮式风机气动—水动耦合结果,分析相同风浪联合作用条件下垂荡板形状对浮式风机耦合响应的影响。研究结果表明:垂荡板能够减小纵荡和垂荡等运动响应幅值,但是对纵摇运动响应影响较小;当垂荡板直径和吃水位置相同时,相同风浪条件下圆形垂荡板能使浮式风机的气动平均功率增大约0.844%,而正方形垂荡板却使平均功率减小1.492%,这说明圆形垂荡板对浮式风机系统的作用效果整体而言优于正方形。 展开更多

关键词 非稳态致动线模型 naoeFOAM-SJTU求解器 垂荡板 水动—气动耦合 浮式风机 海上风电

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于黏聚单元法计算分析海洋平台锥形立柱冰载荷 被引量：3

2

作者 詹开宇 曹留帅 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2021年第4期62-69,共8页

基于非线性有限元分析方法和LS-DYNA计算软件,使用黏聚单元法建立层冰的数值模型,并进行了层冰与锥形立柱相互作用的数值模拟,研究抗冰锥角、冰厚等参数对立柱所受冰载荷的影响。模拟结果与实测和试验结果吻合良好。研究结果表明:使用... 基于非线性有限元分析方法和LS-DYNA计算软件,使用黏聚单元法建立层冰的数值模型,并进行了层冰与锥形立柱相互作用的数值模拟,研究抗冰锥角、冰厚等参数对立柱所受冰载荷的影响。模拟结果与实测和试验结果吻合良好。研究结果表明:使用黏聚单元法建立的层冰模型可以较好地模拟出层冰的破碎和堆积过程,冰载荷计算结果与ISO冰力标准结果以及离散单元法计算结果吻合较好;锥形立柱的抗冰锥角大小对冰载荷影响明显,随着锥角增大,水平方向的最大冰力增大而竖直方向上最大冰力减小;锥形结构改变了碰撞过程中层冰的破坏形式;结构物所受冰力大小与层冰厚度呈正相关,且增加速度接近线性。 展开更多

关键词 层冰 锥形结构物 黏聚单元法 冰载荷 抗冰锥角 冰厚 极地 海洋平台

在线阅读 下载PDF 职称材料

平台运动对15 MW风机气弹性的影响研究

3

作者 王魁 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第5期21-35,共15页

随着人们对风力发电经济性要求的提高,风机叶片逐渐变得更长、更柔软,风电场也在不断向深远海发展。因此有必要研究气弹性耦合情况下平台运动对风机叶片和风机发电功率的影响。基于弹性致动线模型,研究了纵摇、纵荡运动对浮式风机叶片... 随着人们对风力发电经济性要求的提高,风机叶片逐渐变得更长、更柔软,风电场也在不断向深远海发展。因此有必要研究气弹性耦合情况下平台运动对风机叶片和风机发电功率的影响。基于弹性致动线模型,研究了纵摇、纵荡运动对浮式风机叶片气弹性的影响,分析了气动功率、气动推力和叶片变形。研究发现:由于强迫运动产生了额外的附加速度,15 MW风机气动功率波动可达3个标准差,风机的平均气动功率也因此而减小;叶片弯曲和扭转变形沿叶片展向呈非线性分布,叶尖挥舞变形最大值可达14 m,在设计塔架、叶片预倾角时应当预留出一定的变形空间;由于平台纵摇运动附加在各截面处的速度不同,叶片的变形会呈现出非对称的波动,这会使风力机叶片产生额外的气动载荷波动和结构响应。 展开更多

关键词 弹性致动线模型 气弹性耦合 强迫运动 漂浮式风机

在线阅读 下载PDF 职称材料

不同波长下KCS船运动响应与波浪增阻数值研究 被引量：3

4

作者 郭浩 王建华 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第6期11-23,共13页

准确预报船舶在波浪中的运动和力可以为船舶性能评估提供参考。采用naoe-FOAM-SJTU求解器,数值模拟固定和放开垂荡、纵摇自由度的KCS船在不同波长的迎浪规则波中的运动。首先运用数值造波方法生成不同波浪周期的Stokes一阶深水规则波,与... 准确预报船舶在波浪中的运动和力可以为船舶性能评估提供参考。采用naoe-FOAM-SJTU求解器,数值模拟固定和放开垂荡、纵摇自由度的KCS船在不同波长的迎浪规则波中的运动。首先运用数值造波方法生成不同波浪周期的Stokes一阶深水规则波,与Stokes波的理论值对比确保造波的准确性;然后计算固定或放开垂荡和纵摇自由度的KCS船在0.65≤λ/L(波长/船长)≤1.95的遭遇波中的运动和阻力,研究KCS船的波浪增阻中绕射和辐射成分,且采用傅里叶分析法研究了运动与阻力的线性和非线性成分分布。结果表明,波浪绕射增阻受波长的影响不大,当波长接近船长时,船舶的垂荡和纵摇幅值以及波浪增阻均达到峰值,这主要由船体剧烈运动引起的辐射增阻导致,应避免船舶在此工况下航行。 展开更多

关键词 规则波 船体运动 重叠网格 KCS船 波浪增阻

在线阅读 下载PDF 职称材料

浮式风机气动-水动-气弹性耦合响应数值模拟 被引量：12

5

作者 黄扬 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期88-101,共14页

随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄... 随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe⁃FOAM⁃SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。 展开更多

关键词 浮式风机 叶片变形 弹性致动线模型 气动载荷 耦合响应

在线阅读 下载PDF 职称材料

考虑自由面反射作用的圆柱流噪声计算 被引量：2

6

作者 袁常乐 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第4期129-136,共8页

对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一,目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟,但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚,还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场通过大涡模拟方法求解,自由... 对于现代舰船而言噪声是其关键性能之一,目前水下航行体的流激噪声预测方法已经较为成熟,但是水面舰船的水动力噪声研究起步较晚,还没有形成系统的预报方法和控制手段。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器,流场通过大涡模拟方法求解,自由液面则依靠VOF方法捕捉,通过Curle方程预测远场噪声,基于镜像法考虑自由面的反射作用,数值模拟近自由面圆柱周围的声场分布。开展了Re=3900下距离自由液面不同高度的圆柱辐射噪声求解,主要结合流场分析自由面对声场的扰动作用和不同深度对水下几何体流噪声的影响。初步考虑了自由液面波形对辐射噪声的反射作用,为后续预测水面舰船的水动力噪声特性提供依据,自由面对辐射噪声的阻抗等作用还需进一步研究。 展开更多

关键词 流噪声 自由液面 辐射噪声 镜像法 圆柱绕流

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于无网格MPS方法数值分析方舱破舱进水问题 被引量：1

7

作者 卢泽宇 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第5期68-77,共10页

采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit,简称MPS)对自由漂浮二维方舱的破舱瞬时进水过程进行数值模拟。首先,采用基于GPU平台自主开发的MPS软件模拟破舱进水问题,并与其他方法得到的数值模拟结果进行对比验证。然后,对该... 采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit,简称MPS)对自由漂浮二维方舱的破舱瞬时进水过程进行数值模拟。首先,采用基于GPU平台自主开发的MPS软件模拟破舱进水问题,并与其他方法得到的数值模拟结果进行对比验证。然后,对该二维方舱的各种模型进行了数值模拟,其中开孔位于不同位置以表示舷侧不同高度下的损坏。此外,还研究了不同类型的挡板对破舱进水后方舱稳定性的影响。结果表明损坏的孔洞和内部挡板会影响损坏舱段的运动特性,开孔距静水面的距离越大引起舱段的横摇等运动幅度越大,垂直挡板比水平挡板对舱内洪水的影响更大。 展开更多

关键词 进水 方舱破舱 MPS方法 内部挡板 船舶受损

在线阅读 下载PDF 职称材料

分隔板对Spar平台涡激运动响应影响的分析研究 被引量：1

8

作者 郭涵慧 赵伟文 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第6期11-20,共10页

当流体流经单柱式结构物时,由于流体黏性和逆压梯度的存在,会产生非定常的升力、阻力和涡旋脱落,即涡激运动现象,对一座Truss Spar平台的硬舱部分附加长度为1.0 D(D为硬舱直径)的刚性来流侧分隔板,基于开源平台OpenFOAM,采用基于剪切应... 当流体流经单柱式结构物时,由于流体黏性和逆压梯度的存在,会产生非定常的升力、阻力和涡旋脱落,即涡激运动现象,对一座Truss Spar平台的硬舱部分附加长度为1.0 D(D为硬舱直径)的刚性来流侧分隔板,基于开源平台OpenFOAM,采用基于剪切应力运输的延迟分离涡模拟(SST-DDES)方法,在不可压缩黏性流场中,对其进行三维数值模拟,以研究在不同流速下,来流侧分隔板对Spar平台涡激运动特性和运动响应的影响。结果表明:在较高流速下,横荡周期减小22.21%,横荡最大幅值减小81.3%。说明在较高流速下,附加分隔板有助于减少Spar平台的运动响应幅值。 展开更多

关键词 SPAR平台 延迟分离涡模拟 涡激运动 分隔板

在线阅读 下载PDF 职称材料

考虑挡板对空化脱落的抑制效应数值分析 被引量：2

9

作者 李勇 刘成 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第6期60-69,共10页

激波和回射流是空化脱落的两种主要机制,在相同攻角下,空化数越大,回射流对空化脱落的效果就越明显。为了研究长度不同、布置方式不同的挡板对空化回射流和空化脱落的抑制效应,分别在平板和水翼的吸力面添加挡板,用来阻挡逆流而上的回射... 激波和回射流是空化脱落的两种主要机制,在相同攻角下,空化数越大,回射流对空化脱落的效果就越明显。为了研究长度不同、布置方式不同的挡板对空化回射流和空化脱落的抑制效应,分别在平板和水翼的吸力面添加挡板,用来阻挡逆流而上的回射流,从而观察空化脱落的情况。数值模拟采用一种新修正的稳定化SST k-ω湍流模型,空化模型则选取了比较常用的Schnerr-Sauer空化模型。研究结果表明:在水翼吸力面布置恰当的挡板可以以较小的阻力代价换取巨额的升力提升,从而提高升阻比,提高水翼的效率,同时挡板的存在可以有效地减小片空泡的脱落和云空化的产生。 展开更多

关键词 挡板 空化流 回射流 抑制效应 稳定化的SST k-ω湍流模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

CFD数值分析三体船片体位置对阻力及兴波干扰影响 被引量：1

10

作者 李响 刘志强 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第6期76-82,共7页

三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种... 三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种不同片体位置对三体船静水阻力和兴波干扰的影响。数值计算采用自主研发的黏流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU。数值预报得到三体船静水阻力结果与模型试验结果吻合较好,验证了当前CFD方法预报三体船阻力的可靠性。通过不同片体位置三体船阻力计算发现,方案4的船型方案阻力最优,且通过细节的主片体间兴波干扰流场的结果给出了不同片体布置方案对三体船阻力和兴波的影响。 展开更多

关键词 三体船 片体位置 静水阻力 CFD方法 兴波干扰

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于MPS方法模拟低雷诺数方柱绕流问题

11

作者 兰小杰 赵伟文 +1 位作者 万德成 邹丽 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2022年第3期83-92,共10页

柱体绕流问题是流体力学领域一个非常经典的问题。当流体流经柱体时,由于黏性的存在,会发生许多复杂的流动现象,如流动分离、涡旋周期性生成与脱落等,经常被作为标准验证算例。同时,柱体绕流广泛存在于实际工程中,并在一定工况下可能对... 柱体绕流问题是流体力学领域一个非常经典的问题。当流体流经柱体时,由于黏性的存在,会发生许多复杂的流动现象,如流动分离、涡旋周期性生成与脱落等,经常被作为标准验证算例。同时,柱体绕流广泛存在于实际工程中,并在一定工况下可能对工程产生巨大危害,因此对柱体绕流进行深入研究具有重要意义。研究中,拟将一种无网格类方法——半隐式移动粒子方法(moving particle semi-implicit method,简称MPS)引入到柱体绕流问题的数值研究中,并对不同雷诺数下二维方柱绕流问题进行数值模拟。首先,使用基于MPS方法自主开发的MLParticle-SJTU求解器,结合入口边界条件和出口边界条件,模拟了雷诺数Re分别为40、200和1000时均匀来流条件下的方柱绕流。随后,将模拟的绕流结果与文献中试验和数值计算结果进行了对比,结果吻合较好,并且在雷诺数为200和1000时,可以清晰地捕捉到方柱尾流中的卡门涡街现象,验证了MPS方法在柱体绕流问题模拟上的有效性和适用性。 展开更多

关键词 MPS 方柱绕流 低雷诺数 MLParticle-SJTU求解器

在线阅读 下载PDF 职称材料

MPS-DEM方法数值模拟超长管道固液混输流动

12

作者 李仁祥 赵伟文 万德成 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期395-402,共8页

近些年来,深海矿产开发成为热点,其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注.如矿粒在海床上的输运,涉及水平管道的输运问题;矿粒从海床输运到海上浮式建筑物,涉及垂直管道的输运问题;矿粒在不同倾角管道内的输运,涉及倾斜管道的输运问... 近些年来,深海矿产开发成为热点,其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注.如矿粒在海床上的输运,涉及水平管道的输运问题;矿粒从海床输运到海上浮式建筑物,涉及垂直管道的输运问题;矿粒在不同倾角管道内的输运,涉及倾斜管道的输运问题.对于该类问题,由于流体和固体之间的物理差异较大,对于固液两相往往采用不同的数值处理方法.本文使用MPS-DEM耦合方法模拟管道内的固液混输运动.用MPS方法模拟管道内流体的运动,用DEM方法追踪管道内颗粒的运动.在管道的进出口使用周期性边界条件,将多段管道之间进行拼接,从而实现了对超长管道内高雷诺数的颗粒输运现象的模拟.最后,分析管道颗粒和流场的速度及粒子分布等信息,分析流动特征.得到的结果会为超长管道内固液混输现象的研究提供一些借鉴意义及参考价值. 展开更多

关键词 MPS-DEM方法 固液两相流 超长管道 周期性边界条件

在线阅读 下载PDF 职称材料

带前缘结节叶片导管桨尾流不稳定性分析

13

作者 张习迪 曹留帅 万德成 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2023年第2期73-85,共13页

导管桨的尾流不稳定性在其性能评价中非常重要,不但是其能否提供稳定推力的保证,而且也与螺旋桨的尾流噪声直接相关。为了改善导管桨的尾流,提高尾流稳定性,并优化导管桨的流场脉动,根据座头鲸鳍肢前缘结节的仿生原理,对导管桨叶片的导... 导管桨的尾流不稳定性在其性能评价中非常重要,不但是其能否提供稳定推力的保证,而且也与螺旋桨的尾流噪声直接相关。为了改善导管桨的尾流,提高尾流稳定性,并优化导管桨的流场脉动,根据座头鲸鳍肢前缘结节的仿生原理,对导管桨叶片的导边进行改进,提出了两种仿生桨型,采用IDDES湍流模型对低进速系数下常规导管桨和仿生叶片导管桨进行数值模拟,探究叶片构型对导管桨性能和尾流不稳定性的影响。计算结果表明,前缘结节可以有效降低叶片受力波动的幅值和叶片所受合力的主频域峰值,具有较大结节的叶片对导管桨尾流有明显的优化作用,在尾流远场中扩大了流动稳定区,延后了尾流处涡破碎的发生,改善了能量谱密度的频域分布。进一步,大前缘结节叶片导管桨应用在低速工况下时,可以大量减少尾流泄涡区域的二次涡产生,这是由于前缘结节提升了相邻涡互感的强度,使得尾流更加稳定,而小结节叶片仿生桨型对导管桨尾流则无明显优化作用。研究方法和成果可为螺旋桨尤其是导管桨尾流不稳定性研究提供参考,不仅验证了前缘结节在导管桨叶片应用的合理性,而且揭示了其优化尾流稳定性的机理。 展开更多

关键词 导管桨 尾流不稳定性 仿生叶片 IDDES 能量谱密度

在线阅读 下载PDF 职称材料