新型浮式基础的海上风机系统动力响应研究

概念性地设计了一种新型半潜—Spar混合浮式基础,以5 MW水平轴风机为例,研究了该新型浮式基础支撑的浮式风力机系统的动力响应。基于三维势流理论和Morison公式,应用SESAM软件建立浮式基础模型,在频域内计算了该浮式基础的水动力参数和响应算子,分析了浮式基础的运动性能。考虑叶片气动载荷和浮式基础波浪载荷,应用FAST软件对风机—浮式基础系统进行时域计算,分析风力机系统的运动性能。结果显示,该浮式基础运动幅值较小,具有良好的运动性能。     

H型浮式垂直轴风力机刚—柔耦合多体动力学建模及仿真

采用多体动力学方法研究了H型浮式垂直轴风力机的动力特性。将风力机叶片和塔柱处理为柔性体,浮式基础处理为刚性体,考虑柔性体的非线性变形,由拉格朗日第二类方程建立了浮式风力机系统的非线性刚—柔耦合多体动力学方程。系统载荷包括浮式基础受的波浪力、风机叶片旋转时受到的气动载荷、塔柱受到的风压载荷、系泊力以及系统阻尼力。编制了模拟系统响应的数值计算程序,该程序可以考虑浮式风力机系统的刚—柔耦合和气动力—水动力耦合效应。以5 MW风力机为例,计算了叶片的固有频率;分析转速对叶片固有频率的影响;计算风、浪联合作用下浮式风力机系统的动力响应。结果表明,随着风机转速的增加,叶片切向固有频率增加、法向固有频率减小;在风、浪联合作用下,浮式基础运动以波浪频率为主,气动载荷贡献较小。     

半潜型风机浮式基础设计及幅频运动特性研究

针对5MW海上风机,进行了半潜型浮式基础的概念设计,研究了其幅频运动特性。考虑风机浮式基础的稳性和运动要求,对浮式基础的构件进行设计,并进行舱室划分;考虑叶片产生的气动载荷影响以及风载荷作用,计算分析风机浮式基础的完整稳性及破舱稳性;考虑浮式基础构件及压水板的粘性阻尼,计算浮式基础的幅频运动响应特性。计算结果表明,设计的浮式基础运动性能满足风机发电作业的要求。     

浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应数值模拟

随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。     

风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响

以Spar型浮式风机为研究对象,研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发,加入涡激力的计算接口,实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下,频率锁定现象发生时,Spar基础的运动响应,分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性,并研究了不同的入流角度的影响。结果表明:考虑涡激力后,Spar基础的横荡运动明显增大;风浪流同向时,风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动;在流与风浪垂直时,会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。     

畸形波作用下张力腿浮式风力机动力响应特性

针对张力腿系泊浮式风力机的基础运动,忽略柔性构件的影响,建立气动—水动—系泊非线性耦合运动方程。在运动控制方程中包含张力腿系泊系统的非线性回复刚度,桨距角控制以及浮式基础运动对空气动力载荷的影响。在波浪载荷的计算中考虑二阶波浪载荷的作用。采用随机频率相位角调制法生成畸形波波面时历,计算在畸形波作用下张力腿型浮式风力机的动力响应特性。数值模拟结果表明,在畸形波作用下,浮式基础的运动及空气动力性能均受到了显著的影响。其中浮式基础的纵荡和纵摇运动分别受二阶差频与和频波浪力的影响,而垂荡运动的增加则主要是受下沉运动的影响。在畸形波经过的时刻,风力机的功率系数迅速下降,水平方向的风载荷波动先减小,随后其数值急剧下降,而垂直方向的风载荷波动增大。     

TLP风机基础二阶动力响应研究

针对概念设计的位于南海的三腿TLP浮式风机基础,应用基于水动力与空气动力耦合的FAST程序在时域内开展了风机基础的动力响应分析。结果表明,风载荷对TLP风机基础六个自由度的动力响应,尤其是纵摇影响显著。由于耦合作用,二阶波浪力进一步增大了基础的纵荡、横摇和艏摇响应。谱密度分析表明,风载荷及二阶波浪力显著地增大了浮式基础水平面内的低频运动。此外,基于风机基础运动时程,应用ORCAFLEX软件开展了时域内筋腱的顶部张力特性分析,结果表明,风载荷和二阶波浪力增大了筋腱顶张力幅值。     

基于非定常面元法的海上浮式风机气动性能研究

对于海上浮式风机而言,由于受到剪切风、塔影效应、浮式基础运动等因素的共同影响,其气动载荷会更加复杂,因此如何准确快速地对海上风力机的气动性能进行预估显得尤为重要。基于速度势的非定常面元法理论,研究海上浮式风机气动载荷特性,编制了相关的计算程序。以NREL 5 MW风机为例,建立了叶片和尾流的三维数值模型,计算得到了不同风速下风机的输出功率以及叶片表面的压力分布,对比数据结果分析了该方法的可靠性。针对非定常流动,模拟了剪切风和塔影效应的作用,并重点分析了浮式基础运动对风机气动载荷的影响。研究表明,浮式基础的纵荡和纵摇会增加输出功率的波动幅值,艏摇运动会导致单个叶片上的气动载荷产生较大的波动,为浮式风机叶片控制提供了参考。     

垂荡板对浮式风机水动—气动耦合性能影响研究

随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势.由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出功率.因此,如何有效地抑制浮式风机系统的运动响应就成为了设计的关键.基于非稳态致动线模型和两相流求解器naoeFOAM-SJTU,进行了带垂荡板的浮式风机耦合性能研究.首先在OC3-Hywind Spar平台上附加垂荡板,并结合NREL-5 MW风力机建立带垂荡板的浮式风机模型.其次对比不同形状的垂荡板对Spar-5 MW型浮式风机气动—水动耦合结果,分析相同风浪联合作用条件下垂荡板形状对浮式风机耦合响应的影响.研究结果表明:垂荡板能够减小纵荡和垂荡等运动响应幅值,但是对纵摇运动响应影响较小;当垂荡板直径和吃水位置相同时,相同风浪条件下圆形垂荡板能使浮式风机的气动平均功率增大约0.844％,而正方形垂荡板却使平均功率减小1.492％,这说明圆形垂荡板对浮式风机系统的作用效果整体而言优于正方形.     

浅水半潜型浮式风机基础概念设计与模型试验研究

目前我国海上风电开发主要集中在近海海域。我国近海海域水深相对较浅,在浅水非线性波浪载荷作用下,浮式基础动力响应呈现显著非线性特性,导致浮式风机基础及其系泊系统设计极具挑战。针对我国近海浅水海域环境条件,基于半潜型浮式风机基础概念SPIC,采用参数化建模与优化方法,开展了42 m水深条件下半潜型浮式风机基础概念设计,并在海洋工程水池开展1∶50缩尺模型试验。模型试验的结果表明：半潜式浮式风机基础概念设计具有稳定性好、动力性能优良等优点,浮式基础纵摇运动、机舱加速度等指标满足规范要求。模型试验结果验证了该概念的可行性。     

天津滨海新区的生态环境特征及其对区域经济发展的影响

在天津滨海新区建设过程与发展中,面临着沉积软土地基不稳定、土壤盐碱化和重金属污染、滨海湿地植被退化、近海海水污染和渔业资源衰退等生态环境问题。这些生态环境问题对滨海新区基础设施建设及海洋产业的发展有显著影响,制约着滨海新区经济、特别是海洋经济的持续健康发展。作者提出了采用加筋垫层对沉积软土地基浅层进行处理、提高地基承载力和稳定性、治理土壤重金属污染与盐碱化、保护湿地、治理近海海水污染、保护与恢复近海渔业资源等改善天津滨海新区生态环境的对策。     

天津市海洋灾害及其影响分析

根据主要致灾因子,将天津市沿海海洋灾害分为水文气象灾害、海洋地质灾害和海洋环境灾害3大类型,并在统计资料分析的基础上,综合归纳出天津市海洋灾害具有发生频繁和损失严重,以及致灾因子和各灾害间关系复杂的基本特点;从地理位置、地形、气象、天文潮因素和全球海平面上升、区域构造沉降、沉积物压实、人为地面沉降因素,以及海区生物、环境、人为污染等因素,分别分析阐述了风暴潮、相对海平面上升和赤潮这3种主要海洋灾害的形成原因和发展趋势,及其对天津市沿海地区社会、经济和生态环境方面施加的严重影响。     

天津港南部海区水体富营养化水平评价

根据2006年3月和7月的调查数据,对天津港南部海区海水的营养水平及动态变化进行了评价。考虑到水质状况和水体营养水平是水体中多项指标分析评价的综合结果.本文先通过单项指标评价法和营养指数法进行评价。然后又通过集对分析方法,选择化学需氧量(COD)、无机磷(DIP)、无机氮(DIN)、叶绿素a(Ch1—a)等作为评价指标,对该区海水富营养化水平进行了综合评价。评价结果表明集对分析方法更能反映海水的实际富营养化状况,计算结果显示天津港南部海域两期调查中除21,26.27和29站位在7月呈富营养化状态其余站位海水均在中营养(Ⅳ)及以下水平状况,未达到富营养化水平,水质状况较好。     

天津海域春夏季节游泳动物的组成特征

根据2014年5月及8月在天津海域进行的底拖网调查资料,对该海域游泳动物组成特征进行了初步研究。结果表明,在该海域共捕获游泳动物36种,平均资源密度为126 297.13个/km~2和1 494.40 kg/km~2。以个体密度计算群落多样性,Shannon-Wiener种类多样性指数H′平均为1.803,Margalef种类丰富度指数d平均为0.592,Pielou种类均匀度指数J平均为0.537。资源密度及物种多样性,8月均优于5月。优势种为口虾蛄,重要种为火枪乌贼、日本、斑、六丝钝尾虾虎鱼。天津近岸海域游泳动物渔业资源呈现出低质化的趋势。     

天津市沿海警戒潮位核定研究

以《警戒潮位核定规范》为依据,利用塘沽海洋环境监测站的长期验潮资料,以多年一遇的潮位值和防潮设施的防潮标准等为基础,结合核定区域的地理位置、保护目标的社会经济情况、历史风暴潮灾害情况等,对天津市沿海的警戒潮位值进行核定,最终得出天津市沿海的红、橙、黄、蓝四色警戒潮位值分别为283 cm、263 cm、238 cm和213 cm。天津沿海的警戒潮位核定实际工作表明,详实、准确、全面的资料搜集,是警戒潮位核定工作的基础和重点。     

天津海岸基本功能划分初探

随着我国外向型经济战略深入实施,海洋资源及其区位优势成为了决定工业化进程的重要因素.重化工布局和人口进一步向沿海地区聚集成为经济发展必然趋势,而海岸地区是生态环境的脆弱区域,因此,必须通过确定海岸区域的基本功能,来引导海岸区域保护与开发活动,以实现经济、社会和生态效益最大化.以天津市为例,分析了海岸开发利用存在问题.在...     

天津市海洋经济发展SWOT分析

文中运用SW OT方法,对天津市海洋经济发展的优势、劣势、机会和威胁进行了客观详细的分析,并对今后海洋经济的发展提出了一些建议,希望能为天津市发展海洋经济提供一定的指导和借鉴作用。     

天津潮间带春季贝类资源调查

为研究天津潮间带贝类资源的分布特征,2017年5月,作者对天津滩涂开展贝类资源调查。共采集贝类30种,分属2纲、4亚纲、10目、19科,在汉沽鲤鱼门、大港减河口、大港滨海湿地分别采集贝类20种、19种、19种;高潮区、中潮区、低潮区分别采集贝类11种、22种、10种;H'值大小顺序为鲤鱼门滨海湿地减河口,中潮区高潮区低潮区;经济贝类主要分布于中潮区,鲤鱼门与减河口滩涂的优势经济种均为菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum),生物量分别为562.8、828.5 g/m~2,滨海湿地的优势经济种为四角蛤蜊(Mactra veneriformis),生物量为1 403.8 g/m~2。对比2013年,大港减河口滩涂的贝类种数及生物量均升高,鲤鱼门滩涂的贝类种数增加,滨海湿地滩涂的贝类资源为首次报道。     

天津市渔业资源增殖放流现状及展望（英文）

根据天津渤海水产研究所增殖放流资料,全面总结了天津市自2006来增殖放流工作的成效。天津市自2006年第一次开展以“中国对虾”为龙头的增殖放流活动,迄今为止,增殖品种已达22余种,其中以甲壳类占绝对优势。经过大规模增殖放流,天津市渔业资源增殖放流工作已取得了显著的生态、经济和社会效益。在文章最后,总结了国内外增殖放流的发展趋势,并提出了产业发展需求及发展目标。     

天津近海小型底栖动物丰度研究

2006年7月至2007年10月在渤海湾天津近海的15个站位,分春、夏、秋、冬4个航次进行了小型底栖动物丰度的调查.通过对未受扰动沉积物样品中的生物分析,共采集到线虫、桡足类、多毛类、介形类、寡毛类、双壳类、动吻类等小型底栖动物类群和少量未鉴定实体,其中线虫为优势类群,占总丰度的90%以上.调查海域小型底栖动物丰度春、夏、秋、冬依次为(405.4±154.8)ind/10cm2,(417.6±38.6)imd/10 cm2,(161.6±64.5)ind/10cm2和204.7±69.7ind/10 cm2,区内的分布以中部海域居多.小型底栖动物丰度值存在季节变化,春季和夏季平均丰度值较高,夏季略高于春季;秋冬季值偏低.小型底柄动物多分布于沉积物0～5 cm层次,占总量的85.9%～92.9%.春季和秋季的小型底栖动物丰度值与沉积物叶绿素a含量显著相关.与我国近海海域研究资料比较显示,目前渤海湾天津近海小型底栖动物丰度值略低.