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漂浮式风电基础一体化仿真

3月前浏览359

 近期有多个漂浮式一体化仿真的标准标准在制定,但我感觉都没抓到一体化仿真的关键。  

 因为里面的内容过分关注气动力和水动力等的一些详细的计算方法了,而这些都已经比较成熟了。  

 下面是我对于一体化仿真的粗浅看法。  

   

现在之所以提出一体化仿真的问题,主要是因为现在的气动模型、水动力模型和浮式基础的结构模型是分别建立的,如果有一个软件能把这三个模型都结合在一起,那也就没有什么一体化的问题了。

所以这三个模型的耦合问题,是一体化仿真绕不开的。

一体化仿真的重点就是这三个模型的数据怎么相互传递,怎么调试使这三个模型使计算出的结果是相互匹配的。

首先,三个模型的重量重心和转动惯量要先要一致。

其次,要使气动模型算出塔底载荷准确,气动模型的运动姿态就要和水动力模型的也要相一致。

选取了美国可再生能源实验室的OC5半潜式海上漂浮式风机为研究对象,介绍一下我们用Bladed、AQWA和经典ANSYS进行一体化仿真的方法。

漂浮式风电基础同时受到风浪流载荷的同时作用,风机的气动载荷和浮体的水动力载荷的耦合关系是非线性的,加上风机的外部控制策略,导致整个结构的动力特性十分复杂,为了求得更精确的载荷而对风机和浮式基础要采用一体化仿真。

用Bladed软件建立OC5风机、浮体和系泊系统的模型,并加载与模型匹配的风机控制文件。

最新版本的Bladed添加了BEM边界元法模块,可以带入AQWA计算求得的水动力文件,从而考虑了势流理论,使包含了大尺度构件浮体模型的计算结果更加准确。

用AQWA软件建立OC5浮体和系泊系统的水动力模型,模型的质量点的质量和转动惯量要和Bladed模型相匹配。

由于用Bladed建的OC5模型用了AQWA求出的水动力文件,所以经过调试Bladed和AWQA的计算出的运动状态将几乎相同。

用经典ANSYS软件建立OC5的有限元结构仿真模型,漂浮式基础的外壳板、甲板、舱壁等板壳结构和强结构的腹板用SHELL单元模拟;结构的加强筋和强结构的面板使用BEAM单元模拟。

使用改密度或质量点MASS单元对机械设备、压载水和油料的重量进行模拟。

在锚链与模型的连接点位置使用弹簧单元进行连接。


来源:智慧强学斋
Aqwa非线性Bladed理论控制ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-06-08
最近编辑:3月前
强学斋
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方向变化的极端相干阵风(ECD)

方向变化的极端相干阵风(Extreme Coherent Gust with Direction Change, ECD)是风力发电机组载荷设计中的关键风况之一,主要模拟短时间内风速和风向同时发生剧烈变化的气象条件。1. 定义与背景ECD是IEC 61400-1标准中定义的极端风况模型之一,属于极端相干阵风(ECG)的变种。它模拟了风速和风向同时发生极端变化的场景,旨在评估风电机组在遭遇突发阵风和风向突变时的动态响应及载荷承受能力。此类工况虽罕见,但可能对机组造成极端载荷,因此需在设计阶段进行充分验证。2. 模型构成风速增幅(VCG):在10秒内风速的快速增加,标准推荐值为15 m/s。这一值基于欧美地区多种地形的统计分析,但实际应用中需根据场址的湍流强度、地形复杂度等因素调整。风速的计算公式为:T=10s,风速用正常风轮廓线模型求出。Vhub=25m/s 时,极端相关阵风中风速上升情况如下图。风向变化(DIR):与轮毂高度平均风速Vhub相关。假定风速的增大与风向的变化q (从 0 到q cg 包括q cg )是同步进行的,q cg的计算公式为:同时改变方向由下式上升时间T=10s。当Vhub = 25 m/s的时,方向变化幅度q cg如下图方向变化q(t)如下图3. 应用场景ECD模型主要用于以下方面:设计验证:评估机组在极端风况下的结构强度、疲劳寿命及稳定性。载荷计算:确定关键部件(如叶片、塔架)在风速与风向突变时的极限载荷。控制系统测试:验证偏航系统、变桨系统在风向突变时的响应速度及控制精度。4. 与其他模型的区别极端运行阵风(EOG):仅模拟风速的突增,不涉及风向变化。极端风向变化(EDC):仅关注风向的急剧变化,风速保持恒定。极端相干阵风(ECG):虽包含风速和风向变化,但ECD更强调两者的同步性与极端性,且风向变化幅度更大。6. 实际意义ECD模型通过模拟真实世界中可能发生的最恶劣风况组合,帮助工程师:优化机组设计,提高对极端风况的适应性。降低因风速与风向突变导致的结构失效风险。提升控制系统的鲁棒性,确保机组在极端条件下的安全停机或降载运行。7、总结ECD在IEC标准中是一个动态且需场址适配的风况模型,其参数(VCG和DIR)需通过实测数据与统计方法结合确定,以确保风力机组的安全性与经济性。实际应用中需特别注意地形复杂度和湍流强度的影响,避免直接套用标准推荐值导致设计偏差。ECD参数与设计等级无关。阵风循环类型:half。应用工况:正常发电。来源:智慧强学斋

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