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潮流能电站载体结构分析及水动力试验研究
| 论文题名： | 潮流能电站载体结构分析及水动力试验研究 |
| 关键词： | 潮流能电站;载体设备;结构强度;水动力性能;船体应力 |
| 摘要： | 潮流能作为一种清洁型海洋能源，取之不尽用之不竭。为充分利用和开发潮流能源，需建立一种能搭载发电装置漂浮于海上的潮流能电站载体。由于搭载水轮机等发电装置，潮流能电站载体中间往往有较大的开口，其结构严重不连续;搭载的水轮机转动时，载体周围的流场变得复杂;在海上漂浮时，载体本身还受到系泊系统的影响。因此，计算载体结构强度，初步了解载体在系泊状态下的水动力特性是很有必要的。本文以双体船为电站支撑载体，以竖轴水轮机作为主要发电设备，主要研究了潮流能电站载体的结构强度，并采用数值模拟和模型试验相结合的方法探究了潮流能电站系统的水动力性能: 首先，利用软件建立潮流能电站载体的整船结构模型，船体自身重力通过三维模型的板单元与梁单元模拟，其它设备以质量点形式加载到船体上。基于三维势流原理，采用设计波法模拟波浪载荷，确定并得到一种等效设计波，在该载荷作用下，计算出来的船体应力水平能反映船舶在实际海况中最危险的情况。 其次，分析潮流能电站载体实际工作中受到的载荷:重力载荷、静水及动水载荷、水轮机载荷;在fluent软件中计算出水轮机转动时，其叶片受到的力，将计算出的力转化为水轮机作用在载体上的力，并将水轮机载荷和波浪载荷以组合工况的形式加载到电站载体上，计算屈服强度，并将结果进行对比分析。结果表明水轮机载荷对船体结构强度影响较小，当波浪和潮流方向一致时，水轮机工作载荷对整船结构强度的影响显著，高应力区域主要集中在连接桥以及搭载水轮机的井字架处，特别是连接桥与两片体接触的角隅处。 最后，以潮流能电站系统为研究对象，考虑了在系泊状态下搭载水轮机和不搭载水轮机时的两种状态，分别对载体和系泊链在不同波浪参数规则波条件下的运动特性进行模型试验。实验对船体在自由状态下的运动特性进行校核，当试验数据与理论计算数据吻合后，针对载体在系泊状态下运动响应及系泊缆动力特性的研究进行模型试验。实验测量了船体在不同搭载状态和不同波浪参数下纵荡和垂荡的运动加速度，将实验结果进行对比分析，得到该潮流能电站载体在浪、流作用下的运动规律。 |
| 作者： | 鲁昕 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 谢永和 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江海洋大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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