Koo等[1幻考虑系泊效应,利用改进 台,起初是用于深海油气开采、生产和加工处理,是 深海油气勘探开发最重要的发展概念之一[5]。在荡、纵摇耦合运动进行了数值模拟,发现系泊缆会 漂浮式风力机项目的研究中,1991年英国贸易工增加平台纵摇阻尼并使结构的纵摇固有频率发生 业部首先开发出一种Spar式的海上漂浮式风力机改变,可以起到抑制不稳定运动的作用。王兴刚 FLOAT,之后根据不同条件又出现其他Spar式漂 等[13]联合应用边界元法和几何非线性有限元方法 浮式风力机的概念设计并进行样机示范运行,其在 研究Spar平台和系泊缆在不规则波中的耦合运动 响应时发现,缆索刚度和初张力的增大可以减小 收稿日期:2014-09-21;修改稿收到日期:2014-12-22. Spar平台的纵荡位移,但对垂荡和纵摇位移基本 基金项目:国家自然科学基金;上海市教育委员 会科研创新(13YZ066);上海市研究生创新基金 无影响。沈文君等[1妇用数值模拟研究了Truss (JWCXSLl302)资助项目. Spar平台在随机波浪中时域垂荡运动,发现当波 作者简介:叶舟‘(1973一),男。副教授,硕士生导师 163. com) (E—mail:yztss@u.. 浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台将产生 计算力学学报第33卷 大幅度垂荡运动,并且随着有义波高增大,平台垂 构在风向上投影面积形心距水下侧向阻力中心高 荡运动愈剧烈。郝志永等ElS]利用CFD数值计算度。 结合粒子图像测速系统分析探讨了螺旋条纹列板 2.2波浪载荷 对柱式结构上尾涡周期性脱落的抑制作用,发现螺 波浪载荷是漂浮式风力机平台所受的主要环 纹高度越高,螺旋列板对漩涡结构的破坏效果越 境载荷,且较之风载荷更为复杂,这也是与陆上风 强。 力机的最大不同之处。采用辐射一绕射理论来求解 由此可以看出,Spar平台的涡激运动是非常线性势流理论范围内的浮体所受波浪力问题,在规 复杂的问题,其中涉及到平台主体特征、锚泊系统 则线性波作用下,定义流场中的速度势为 特性和海洋环境等,对结构的垂荡运动性能有很大 ①(X,Y,Z,￡)一事(X,Y,Z)e-“‘(4) 的影响,而对应研究基本是关于浮式生产系统和海 其中势函数,l认为来自以下贡献:6个自由度上的 上石油平台,很少有关于海上漂浮式风力机Spar辐射波场、入射波场和绕射波场。通常把辐射一绕 基础的相关研究。本文结合以往海上石油平台的 射问题看成是以下两个问题的叠加。 研究经验,借鉴采用在系泊平台柱身外围的螺旋板 (1)漂浮式结构在静水中的谐振问题。 的方式,对该方法在Spar式漂浮式风力机平台的 浮体的运动导致流场的变化所产生的辐射波 运动性能中能否起到改善作用进行探讨,并对比了 动场,在这个波动场中结构必然受到辐射力的作 不同水深条件下结构的频域特性变化。 用。该力为浮体运动的函数,且通常用附加质量系 2 环境载荷 数和阻尼系数的形式来表示。 (2)规则入射波对固定结构的作用问题。 与海上石油平台不同,除基础平台上的载荷冲 作用在固定结构上的波浪力可认为是波浪激 击外,作用于风力机上的风载荷引发的翻转运动同 样是漂浮式风力机设计需要考虑的问题‘16]。