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。

本文基于Navier-Stokes方程,采用CFD仿真分析软件对Spar平台上部模块的外流场进行了数值风洞模拟。选用三维稳态隐式解法,通过二阶迎风格式对控制方程进行离散,压力和速度耦合采用SIMPLE算法,针对不同风向和不同风速的工况组合,得到了Spar平台整体所受的风载荷,并与采用经验公式计算该平台的风载荷进行了对比分析。