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


عنوان مقاله [English]

Numerical Investigation of Hydrostatic and Hydrodynamic Forces due to Translational and Rotational Motions of 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 crisis faced to the extraction of energy as well as environmental pollution Floating offshore wind turbine (FOWT) can be the most practical and economic way to extract offshore wind energy resources in the deep waters of intermediate depth. Floating offshore wind turbine (FOWT) is a complex system that for these structures must be solved, coupled Non-linear motion equations with considering Excitation forces and nonlinear damping include to all of wind and wave effects at time domain. In percent study the analysis of motion response for operation condition in translational and rotational motion for investigation of functionality and structural stability of floating offshore wind turbine under buoyancy and Hydrodynamics forces. In this way, the numerical model has been developed in MATLAB software. Before the dynamic simulation of FOWT has been verified by modules. Finally the obtained results in time domain is represented, the extracted result show that in translational motions, the maximum and minimum of buoyancy forces are in Heave and sway direction respectively and maximum and minimum of Hydrodynamic forces values are in surge and sway direction respectively.
Also, in rotational maximum and minimum of Buoyancy forces are in roll and yaw direction respectively and maximum and minimum of the Hydrodynamic forces are in yaw and pitch direction respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

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