聊聊NREL的FAST

FAST是美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）推出的开源软件工具，可以用于风机载荷计算、固定式风机载荷计算、浮式风机载荷计算、浮式风机运动响应计算、浮式风机系泊系统分析，目前的版本是V8。

FAST V8的主要和常用模块包括：

• ElastoDyn：计算结构动力响应；

• BeamDyn：对叶片基于叶素理论进行动力响应计算；

• AeroDyn：空气动力模块

• ServoDyn：外控；
  

• HydroDyn：水动力；

• MoorDyn：集中质量法动力系泊计算。

FAST的风文件通过Turbsim生成，后处理通过Crunch实现。

没接触过FAST.Farm，按照NREL的介绍，FAST.Farm基于FAST，用于计算风场状态下的风机载荷与响应计算。

本人水平有限，这里仅对FAST的应用说一点个人观点。

作为目前主流的三种风机载荷计算软件之一，也是目前唯一一个开源的风机载荷计算软件，FAST本身就非常优秀。FAST V8整合了水动力和系泊分析模块并且重写了程序架构，使得从事浮式风机研究的工作人员有了一个较为方便和可靠的分析研究工具。

相比于Bladed，基于Fortran的FAST运行效率更高。FAST的前处理基本没有，需要使用者根据需要自己开发一个计算工况生成器。FAST的风文件通过Turbsim生成，个人认为Turbsim比Bladed的风文件生成器要好，不过缺点也是需要编一个工况生成器。FAST的后处理可以通过Crunch实现，基本上所有常见的计算结果都可以输出，包括强度和疲劳结果。

从工程应用上讲，抛去其他因素，使用FAST需要对前处理和数据后处理部分做一些功课才能真正用起来。

FAST支持的外控文件可以是自行编写的，也兼容Bladed的外控文件，但是一般情况下Bladed的外控文件需要调试一下才能用。

FAST可以实现空气动力-水动力时域耦合计算。水动力数据需要读入WAMIT计算结果（.1，.3，.hst，二阶力.7~.12）。系泊分析的静态计算通过Map++实现，动力计算可以通过MoorDyn、FEAMooring或者通过调用OrcaFlex实现。我没有校验过这三种方式哪种算的更好，但我个人更相信OrcaFlex的结果。

一般情况下用FAST来算空气动力-水动力比较难收敛，模型调整工作比较多，加上可以设置的参数比较多，真正要用FAST来算工程意义上的浮式风机面临的挑战比较大。

目前市面上能做空气动力-水动力耦合的软件不少，包括FAST、OrcaFlex，Sima，Bladed等等，但真正能够直接在浮式风机工程上应用的目前还没有。无论哪种软件都存在这样那样的问题，想要像Bladed算陆上风机一样很好的解决浮式风机的分析计算还需要一段时间的努力。

推动所谓的“全耦合”分析手段的还是传统陆上风机分析的思维惯性。所谓的全耦合我认为更多是锦上添花而不是雪中送炭。从海洋工程角度出发，风机本质上同一般的设备一样，只是功能上有区别，对支撑它的平台进行设计还是传统海洋工程专业范畴，能采用成熟的手段解决工程问题就可以了。

我个人不排斥全耦合分析手段的推广，毕竟自动计算，算一次就出结果比费劲巴拉堆人工时搞出来要方便的多。但从工程角度来看，更多情况下完全实现全耦合并不那么重要，折腾一通省那么点钢材真不如在设计和安装阶段多考虑考虑、节省点安装时间来的实惠。