بررسی عددی نیروهای هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک در اثر حرکات انتقالی و دورانی بر رفتار دینامیکی توربین بادی شناور

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه علوم و فنون دریایی خرمشهر

2 دانشیار دانشگاه تهران

چکیده

با توجه به بحران‌های پیش رو در خصوص استحصال انرژی و آلودگی‌های محیط‌زیست توربین‌های بادی شناور می‌توانند عملی‌ترین و اقتصادی‌ترین روش برای استخراج منابع عظیم انرژی باد فراساحلی در آب‌های عمیق و عمق متوسط باشند. توربین‌های بادی شناور سازه‌های پیچیده‌ای هستند که تحت اثر هم‌زمان تحریکات باد و موج قرار دارند. دینامیک سازه‌ای کوپل و معادلات پاسخ حرکت این توربین‌ها غیرخطی شدگی‌های هندسی میان حرکت‌های نسبی و سرعت‌ها را نشان می‌دهد توربین بادی شناور یک سیستم سازه‌ای مرکب آیرو-هایدرو-سرو-الاستیک هست؛ که برای چنین سازه‌هایی می‌بایست معادلات حرکت غیرخطی کوپل شده با در نظر گرفتن نیروهای تحریک و میرایی غیرخطی شامل تمام اثرات ناشی از باد و موج در حوزۀ زمان حل شوند. در پژوهش حاضر، آنالیز پاسخ‌های حرکت برای شرایط عملیاتی حرکات انتقالی و دورانی به‌منظور بررسی عملکرد و پایداری سازه‌ای توربین بادی شناور اسپار تحت نیروهای شناوری و هیدرودینامیک امواج موردبررسی قرار گرفته است. در این راستا اقدام به توسعه مدل عددی با استفاده از نرم‌افزار متلب گردید. پیش از انجام شبیه‌سازی دینامیکی توربین بادی شناور موردبررسی در این پژوهش به صحت‌سنجی مدول‌های موجود در مدل پرداخته می‌شود. درنهایت نتایج به‌دست‌آمده در حوزۀ زمان ارائه شده‌اند نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند در حرکات انتقالی، بیشترین و کمترین میزان نیروی شناوری به ترتیب در جهت‌های عمودی و عرضی و بیشترین و کمترین میزان نیروی هیدرودینامیک به ترتیب در جهت‌های طولی و عرضی بوده است. همچنین در حرکات دورانی، بیشترین و کمترین میزان نیروی شناوری به ترتیب در جهت‌های طولی و عمودی و حداکثر و حداقل میزان نیروی هیدرودینامیک به ترتیب در جهت‌های عمودی و عرضی بوده است. بررسی کمّی نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد، مقدار نیروی شناوری در راستای محور X حداقل 16000- کیلونیوتن و حداکثر 500کیلو نیوتن در راستای محور Yحداقل 50-کیلونیوتنو حداکثر 550کیلونیوتن و در راستای محور Z  حداقل 82000 کیلونیوتن و حداکثر 7800 کیلونیوتن بوده است. همچنین مقدار نیروی هیدرودینامیک در راستای محور X حداقل 350- کیلونیوتن و حداکثر 350 کیلونیوتن در راستای محور Yحداقل صفر و حداکثر 2/6 نیوتن و در راستای محور Z  حداقل صفر و حداکثر 260 کیلونیوتن بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Hydrostatic and Hydrodynamic Forces from Translational and Rotational Motions of a Floating Wind Turbine

نویسندگان [English]

  • mohamad baroni 1
  • Nasim ale ali 1
  • masoud sadri 2
1 kmsu
2 tehran university
چکیده [English]

Due to the forthcoming crisis for the extraction of energy as well as environmental pollution, floating offshore wind turbines (FOWT) can be the most practical and economic way to extract offshore wind energy resources in the deep waters of intermediate depth. FOWTs are a complex system that are under simultaneous effect of movements resulting from wind and sea waves. Coupled dynamic structures and motion response equations of these turbines show geometric non-linearities between relative forces and speeds. Floating wind turbine is a compound Aero-Hydro-Servo-Elastic system, for which coupled nonlinear motion equations must be designed taking into consideration movement forces and nonlinear damping involving all effects of wind and waves on time lapse. In the present study motion response for operation conditions in translational and rotational motions were analyzed to investigate functionality and structural stability of floating offshore wind turbine under buoyancy and Hydrodynamics forces. For this, a numerical model was developed in MATLAB software. Before dynamic simulation of the FOWT under study, present modules in the model were verified. Finally the obtained results were presented in time domain. The extracted results show that in translational motions, the maximum and minimum of buoyancy forces are in length and  width directions respectively and maximum and minimum of Hydrodynamic forces values are in surge and sway directions respectively. Also, in rotational motions maximum and minimum of Buoyancy forces are in length and vertical directions respectively and maximum and minimum of the Hydrodynamic forces are in vertical and width directions respectively.     

کلیدواژه‌ها [English]

  • Floating wind turbine
  • Bouancy forces
  • Hydrodinamuc forces
  • MATLAB software