海洋半潜式垂直轴风力机结构耦合动力效应和系统优化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51879160
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    58.0万
  • 负责人：
    韩兆龙
  • 依托单位：
    上海交通大学
  • 学科分类：
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Offshore floating wind turbine system is an important equipment for the development and utilization of marine wind energy. The semi-submersible vertical axis wind turbine (VAWT) system is an important form of floating wind turbine, facing two major problems such as "how to improve wind utilization efficiency of VAWT", and as "how to reveal the coupled dynamic responses of semi-submersible VAWT and it motion safety under extreme marine environment". This project aims at structural system optimization for wind energy and coupling dynamic characteristics of the semi-submersible VAWTs. By applying the methods of therotical modeling, numerical simulation, experimental verification, basic researches and applications will be carry out. The optimization method of the VAWT blade airfoil will be proposed. A integrated "rigid-elastic-flexible" mechanical model of the semi-submersible VAWT system will be established, while a high efficient numerical solution method will be developd which will be compared and verified with the experimental verification. Furter, the nonlinear dynamic mechanisms of the structure system under normal marine wind and wave condition, and the motion stability characteristics under the extreme marine wind and wave condition will be revealed. The research results of this project can provide theoretical and technical supports for the design and optimization of offshore floating wind turbine developments, and the improvement of marine wind energy utilization in China.
海洋浮式风力机系统是海洋风能开发利用的重要设备。海洋半潜式垂直轴风力机是海洋浮式风力机的一种重要形式，面临如何提高垂直轴风力机风能利用率、如何揭示半潜式垂直轴风力机耦合动力响应特性和极端海洋环境下的运动安全性两大难题。本项目针对半潜式垂直轴风力机的结构系统优化和一体化耦合动力效应特性问题，运用理论建模、数值计算、实验验证等方法开展应用基础研究，提出垂直轴风力机叶片翼型优化方法，建立半潜式垂直轴风力机结构系统“刚性-弹性-柔性”一体化耦合力学模型，发展高效数值求解方法并与实验验证对比，揭示常态海况风浪作用下结构系统的非线性动力特性与机理，阐述极端海况风浪作用下的运动稳定性特征。本项目研究成果可为我国海上浮式风力机开发设计和优化、提高海洋风能利用提供理论与技术支持。

结项摘要

面向海洋风能开发开发重大需求，采用结构风工程、水动力学、波浪理论、结构动力学等学科理论和技术方法，开展海洋半潜式垂直轴风力机的结构系统优化和耦合动力效应特性问题研究。面对“提高垂直轴风力机风能利用率”、“半潜式垂直轴风力机耦合动力响应特性和结构安全性” 两大难题，项目（1）在海洋短期风速时空特征的精准快速预报方面，提出了大数据驱动下的一维短期风速预测新技术，和基于深度学习的二维区域短期风速预测新技术；（2）在垂直轴风力机结构系统优化方法和新体系方面，提出了带有V形叶片的风力机结构模型，建立了基于机器学习概率模型的叶片翼型最大升阻比预测模型，发展了给定来风范围内φ型达里厄风力机结构形体优化方法，设计了可提升风力机发电效能的外设整流装置；（3）在海洋浮式垂直轴风力机的气动耦合建模与流场演化调控方面，建立了考虑平台复合运动的海洋浮式垂直轴风力机气动耦合模型，和停机状态时风力机的流固耦合力学模型，揭示了风力机的流场时空演化特征、风致结构动力响应规律、气动噪声特性和来风湍流强度影响规律；（4）在海洋半潜式垂直轴风力机结构系统的动力响应和运动稳定性方面，揭示了风浪流作用下海洋风力机半潜式平台的结构动力响应特征和四方柱浮筒的三维尾流场演化和转捩特性，建立了基于厚切片法的海洋浮式风机超细长系泊系统流致振动力学模型，提出了浮式垂直轴风力机的结构减振控制复合模型，和高运动稳定性的同轴对转式风力机新体系。研究成果可为我国海上浮式风力机开发设计和优化、提高海洋风能利用提供理论与技术支持。

项目成果

期刊论文数量（32）
专著数量（0）
科研奖励数量（4）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Framework of airfoil max lift-to-drag ratio prediction using hybrid feature mining and Gaussian process regression
使用混合特征挖掘和高斯过程回归的机翼最大升阻比预测框架
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2021.114339
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Chen Yaoran;Dong Zhikun;Su Jie;Wang Yan;Han Zhaolong;Zhou Dai;Zhao Yongsheng;Bao Yan
  • 通讯作者：
    Bao Yan
Three-dimensional wake transition in the flow over four square cylinders at low Reynolds numbers
低雷诺数下四个方形圆柱体上流动的三维尾流转变
  • DOI：
    10.1063/1.5129744
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    AIP Advances
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Zhang Yuhang;Wang Rui;Chen Yaoran;Bao Yan;Han Zhaolong;Zhou Dai;Ping Huan;Fu Shixiao;Zhao Yongsheng
  • 通讯作者：
    Zhao Yongsheng
基于BESO算法的大型海洋垂直轴风机支撑结构优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    上海交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    何文君;苏捷;周岱;韩兆龙;包艳;赵永生;许玉旺;涂佳黄
  • 通讯作者：
    涂佳黄
Aerodynamic performance assessment of φ-type vertical axis wind turbine under pitch motion
桨距运动下α型垂直轴风力机气动性能评估
  • DOI：
    10.1016/j.energy.2021.120202
  • 发表时间：
    2021-06
  • 期刊：
    Energy
  • 影响因子：
    9
  • 作者：
    Su Jie;Li Yu;Chen Yaoran;Han Zhaolong;Zhou Dai;Zhao Yongsheng;Bao Yan
  • 通讯作者：
    Bao Yan
Numerical prediction of vortex-induced vibration of flexible riser with thick strip method
柔性立管涡激振动厚条法数值预测
  • DOI：
    10.1016/j.jfluidstructs.2019.02.010
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Fluids and Structures
  • 影响因子：
    3.6
  • 作者：
    Bao Y.;Zhu H. B.;Huan P.;Wang R.;Zhou D.;Han Z. L.;Palacios R.;Graham M.;Sherwin S.
  • 通讯作者：
    Sherwin S.

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其他文献

低雷诺数下直圆柱和波型圆柱受迫振动的数值研究
  • DOI：
    10.13465/j.cnki.jvs.2018.23.001
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    振动与冲击
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    平焕;张凯;周岱;包艳;朱宏博;韩兆龙
  • 通讯作者：
    韩兆龙
山区地形条件下塔式仿古建筑风压与风场绕流分析
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    上海交通大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    李煜;周岱;汪汛;韩兆龙;包艳
  • 通讯作者：
    包艳
谱单元法及其在多圆柱绕流分析中的应用
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    空气动力学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    韩兆龙;周岱;陈亚楠
  • 通讯作者：
    陈亚楠
四方柱绕流的三维不稳定模态发展
  • DOI：
    10.13774/j.cnki.kjtb.2020.06.001
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    科技通报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张宇航;王锐;韩兆龙;周岱;包艳
  • 通讯作者：
    包艳
大型垂直轴风力机的塔影效应分析
  • DOI：
    10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2019.09.015
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    可再生能源
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    苏捷;周岱;雷航;吴国强;韩兆龙;包艳
  • 通讯作者：
    包艳

其他文献

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韩兆龙的其他基金

单点系泊浮式双转子风机的气动互扰荷载模型和耦合动力响应
  • 批准号：
    52371285
  • 批准年份：
    2023
  • 资助金额：
    50 万元
  • 项目类别：
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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