基于CFD的海上风电安装船首部波浪砰击载荷特性研究

来源 :大连海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FriedaCao
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海上风电是全球能源转型的重要组成部分之一,安装海上风力涡轮机需要使用专门的安装船,于是海上风电安装船应运而生。安装船作业中,首部位置受到的砰击最为严重,为了确保船舶作业的安全性,需要对船首砰击载荷进行合理的安全性评估。随着计算机技术的进步,研究砰击载荷的方法不再局限于传统的理论研究,本研究采用计算流体动力学(CFD)方法来模拟船舶周围的流场以及船舶在波浪中的航行状态,创建三维数值水池。通过CFD方法,能够更加准确地预测船舶首部的砰击载荷,为保障船舶安全提供可靠的数据参考。首先,本文以国内某艘风电安装船为研究对象,为了验证CFD方法和软件的可靠性,使用CFD方法对文献中的圆柱入水砰击模型进行数值模拟,得到计算结果与文献中试验值对比,证明了该方法和软件的合理性和有效性。然后,通过风电安装船的图纸和相关技术参数,选择合适缩尺比,建立船舶三维模型,创建三维数值水池,基于CFD方法,在规则波(斯托克斯五阶波)作用下,研究其船首处所受波浪砰击载荷随波浪参数的变化。通过数值模拟分析得到,船首各观测点处所受波浪砰击载荷整体相似,整个过程呈现比较强烈的瞬时性,船舶首部在接触水平面时所受波浪砰击载荷快速达到最大,随着船舶入水后,由船首柱向内,各个观测点所受砰击载荷依次达到峰值,最后峰值迅速下降,直至趋于稳定。最后,分析相同工况下,16个不同位置观测点所受砰击载荷的大小,得出所选观测点中受力最大的观测点。通过数值模拟,得到观测点13(离水线面最近,且最靠近船首柱的观测点)所受砰击载荷最大。因此选择观测点13,进一步研究其砰击载荷曲线与波长特性的关系,砰击载荷曲线与波高特性的关系以及波陡(波高/波长)大小对载荷峰值收敛性的影响。分析得到波长定值时,波高越高,砰击载荷越大;波高定值时,砰击载荷呈先增后减趋势,当波长为船长的一倍时,砰击载荷达到顶峰值;随着波陡(波高/波长)的增加,砰击载荷峰值呈现先增加后减小的趋势,且峰值逐渐趋于平稳,载荷峰值收敛性提高。该研究基于CFD方法对影响风电安装船首部砰击载荷的因素进行数值模拟分析,为安装船的结构设计和运营提供了一定的参考价值。
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