改进的BEM在浮式水轮机水动力分析中的应用
摘要
近年来，人类社会面临着人口爆炸、生态环境恶化、局部地区冲突不断等众多问题，
能源需求也逐年增加，在传统化石能源濒临枯竭的大背景下，寻找替代的清洁能源是十
分有必要的。海洋能中的潮流能具有储量大、利用方便、清洁环保等诸多优点，漂浮式
潮流能水轮机还具有应用水深范围大、安装维护成低、可回收利用等优势，是国内外专
家学者们关注的对象。实际上，漂浮式潮流能发电装置工作在复杂的海洋环境下，除海
流以外，漂浮式潮流能水轮机的水动力特性还会受到平台的六自由度运动响应和波浪往
复运动的影响，水轮机输出功率会出现明显波动，这会对系统的安全性造成不利的影响。
本论文对浪流联合作用条件下浮式水轮机的水动力性能的数值计算方法开展研究，对于
漂浮式潮流能水轮机的精确设计具有理论指导意义。
在数值计算方法上，本文使用了基于大地坐标系的叶素动量(G-BEM)方法，可实现
浮式潮流能水轮机的水动力特性计算。该算法计算结果与模型试验结果一致。
针对波浪参数对水轮机水动力特性的影响，分别使用传统BEM法与G-BEM法对
不同波幅与周期的规则波作用下的水轮机水动力特性进行计算，得到了波浪波幅和周期
对水轮机水动力特性的作用规律。
针对单自由度运动响应对水轮机水动力特性的影响，分别使用传统BEM法与G-
BEM法对不同波幅与周期的规则波作用下的水轮机水动力特性进行计算，得到了各个
自由运动响应幅值和频率对水轮机水动力特性的作用规律。
针对多自由度运动响应对水轮机水动力特性的影响，通过分别使用G-BEM法计算
同时存在波浪和两自由度运动响应及只有两自由度运动响应情况下水轮机的水动力特
性，计算结果与单自由度运动响应下计算结果的线性叠加值进行对比，得出了多自由度
下水轮机水动力性能无法通过单自由度水轮机水动力特性线性叠加得到的结论。
关键字：水平轴潮流能水轮机；水动力性能；叶素动量理论；波流耦合
改进的BEM在浮式水轮机水动力分析中的应用
Abstract
Inrecentyears,humansocietyhasbeenfacingnumerousproblemssuchaspopulation
explosion,ecologicalenvironmentdegradation,andongoingconflictsinlocalareas.The
demandforenergyhasalsobeenincreasingyearbyyear.Againstthebackdropofthedepletion
oftraditionalfossilfuels,itisnecessarytofindalternativecleanenergysources.Thetidal
currentenergyasatypeofoceanenergyhasmanyadvantages,suchaslargereserves,
convenientutilization,cleanlinessandenvironmentalprotection.Floatingtidalcurrentenergy
turbinesalsohaveadvantagessuchaswideapplicationdepthrange,lowinstallationand
maintenancecostsandrecyclabilitythathasattractedtheattentionofdomesticandforeign
expertsandscholars.Infact,thefloatingtidalcurrentpowergenerationdeviceworksina
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