Cargas de Olas de Huracán en Turbinas Eólicas Flotantes de Tipo Spar: Una Comparación de Esquemas de Simulación
Autores: Li, Shaopeng; Wu, Teng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Cargas de Olas de Huracán en Turbinas Eólicas Flotantes de Tipo Spar: Una Comparación de Esquemas de Simulación
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Turbinas eólicas flotantes
Eventos de huracanes
Cargas de olas
Modelos hidrodinámicos
Turbina eólica de tipo spar
Efectos no lineales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
Las turbinas eólicas flotantes son sensibles a los eventos de huracanes. Dado que los rotores de las turbinas están estacionados y las palas están en posición de pluma durante los huracanes, las cargas aerodinámicas debidas a los vientos de la capa límite son relativamente pequeñas en comparación con las cargas hidrodinámicas debidas a las elevaciones de la superficie del mar. Por lo tanto, la modelización precisa de las cargas de olas de huracán es crucial para garantizar la seguridad de las turbinas eólicas flotantes. Durante un huracán, las grandes alturas de ola con severa separación de flujo hacen que sea inexacto utilizar modelos basados en el método de paneles lineales (sin considerar la no linealidad asociada con la viscosidad del fluido) o modelos basados en la ecuación de Morison (sin considerar la inestabilidad asociada con la memoria del fluido). Se han realizado esfuerzos para avanzar en los esquemas de simulación de las cargas de olas de huracán en turbinas eólicas flotantes de tipo spar. Este estudio compara y evalúa sistemáticamente la eficacia de seis modelos hidrodinámicos disponibles en la literatura junto con un modelo propuesto recientemente. Se investiga la capacidad de estos siete modelos hidrodinámicos para capturar efectos no lineales y/o inestables. Como ejemplo de demostración, se calculan las cargas de olas en una turbina eólica de tipo spar utilizando estos siete modelos para resaltar el papel subyacente de cada esquema de simulación en la adquisición precisa de las respuestas dinámicas de este tipo de estructura flotante en alta mar en mares severos de huracán. Se encuentra que el término viscoso no lineal en la ecuación de Morison y el modelo híbrido actúan como un importante mecanismo de amortiguamiento no lineal. La reducción de la carga de ola de baja frecuencia y la masa añadida en el modelo híbrido modificado conducen colectivamente a desplazamientos mayores en comparación con los basados en el modelo híbrido. Mientras que los desplazamientos basados en el método de estiramiento y la ecuación de Rainey son igualmente mayores que los basados en la ecuación de Morison, sus cargas de ola no lineales son mucho más pequeñas que las de la teoría FNV.
Descripción
Las turbinas eólicas flotantes son sensibles a los eventos de huracanes. Dado que los rotores de las turbinas están estacionados y las palas están en posición de pluma durante los huracanes, las cargas aerodinámicas debidas a los vientos de la capa límite son relativamente pequeñas en comparación con las cargas hidrodinámicas debidas a las elevaciones de la superficie del mar. Por lo tanto, la modelización precisa de las cargas de olas de huracán es crucial para garantizar la seguridad de las turbinas eólicas flotantes. Durante un huracán, las grandes alturas de ola con severa separación de flujo hacen que sea inexacto utilizar modelos basados en el método de paneles lineales (sin considerar la no linealidad asociada con la viscosidad del fluido) o modelos basados en la ecuación de Morison (sin considerar la inestabilidad asociada con la memoria del fluido). Se han realizado esfuerzos para avanzar en los esquemas de simulación de las cargas de olas de huracán en turbinas eólicas flotantes de tipo spar. Este estudio compara y evalúa sistemáticamente la eficacia de seis modelos hidrodinámicos disponibles en la literatura junto con un modelo propuesto recientemente. Se investiga la capacidad de estos siete modelos hidrodinámicos para capturar efectos no lineales y/o inestables. Como ejemplo de demostración, se calculan las cargas de olas en una turbina eólica de tipo spar utilizando estos siete modelos para resaltar el papel subyacente de cada esquema de simulación en la adquisición precisa de las respuestas dinámicas de este tipo de estructura flotante en alta mar en mares severos de huracán. Se encuentra que el término viscoso no lineal en la ecuación de Morison y el modelo híbrido actúan como un importante mecanismo de amortiguamiento no lineal. La reducción de la carga de ola de baja frecuencia y la masa añadida en el modelo híbrido modificado conducen colectivamente a desplazamientos mayores en comparación con los basados en el modelo híbrido. Mientras que los desplazamientos basados en el método de estiramiento y la ecuación de Rainey son igualmente mayores que los basados en la ecuación de Morison, sus cargas de ola no lineales son mucho más pequeñas que las de la teoría FNV.