胡丹梅，曾理，陳云浩

（上海電力大學(xué)能源與機(jī)械工程學(xué)院，上海市 楊浦區(qū) 200090）

0 引言

隨著化石能源的日益消耗，人類對(duì)新能源的研究日益加深。風(fēng)能作為一種清潔無污染的可再生能源，受到人們的廣泛關(guān)注[1]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，海上風(fēng)電以其土地資源零占用、風(fēng)速更高且更穩(wěn)定、流場(chǎng)中湍流強(qiáng)度小、視覺及噪聲污染對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)，近年來得到了許多國(guó)家的重視[2]。與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)力發(fā)電面臨的發(fā)電環(huán)境更加復(fù)雜[3-5]，不僅會(huì)受到鹽霧對(duì)機(jī)組的腐蝕，還會(huì)受到波浪、浮冰、海流等對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的沖擊[6]。

海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)按基礎(chǔ)劃分一般分為固定式基礎(chǔ)和漂浮式基礎(chǔ)。浮式基礎(chǔ)一般分為張力腿式(tension leg platform，TLP)、Spar 式、半潛式[7]，其適用范圍大多為水深超過50 m的海域。張力腿式對(duì)系泊纜材料要求較高。Spar 式基礎(chǔ)水平面外運(yùn)動(dòng)響應(yīng)較大，較TLP 式更適應(yīng)深水。半潛式基礎(chǔ)吃水小，在運(yùn)輸和安裝時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，因此更具有經(jīng)濟(jì)性[8]。

國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者對(duì)海上半潛式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了研究。Masciola[9]等人研究了系泊系統(tǒng)對(duì)半潛式海上風(fēng)力機(jī)模型運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的影響，主要分析了3 種不同波浪環(huán)境條件對(duì)整個(gè)風(fēng)力機(jī)模型運(yùn)動(dòng)的影響，研究發(fā)現(xiàn)系泊線動(dòng)力學(xué)在影響浪涌和升沉半潛式運(yùn)動(dòng)中的作用有限。Cheng[10]等人建立了海上浮式風(fēng)力機(jī)的水動(dòng)力模型，分析了風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能，研究了氣動(dòng)力對(duì)浮式平臺(tái)水動(dòng)力響應(yīng)的影響。劉海鋒等[11]基于流固耦合理論，采用雙向流固耦合方法和滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)5 MW 風(fēng)力機(jī)的尾跡特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析。鄧新麗等[12]利用Blade 軟件分析并計(jì)算了1.5 MW 風(fēng)力機(jī)葉片在三維湍流下的載荷，發(fā)現(xiàn)葉片沿翼展方向應(yīng)力最大且極限工況下的最大應(yīng)力出現(xiàn)在離葉根1/3 的位置。Chen[13]等人基于2 種不同概念的半潛式海上風(fēng)力機(jī)動(dòng)力特性對(duì)比，從六自由度運(yùn)動(dòng)、氣動(dòng)阻尼效應(yīng)、陀螺效應(yīng)、塔頂動(dòng)力響應(yīng)以及系泊系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)入手分析其性能。

以上研究大多對(duì)半潛式風(fēng)力機(jī)模型運(yùn)動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析，不能全面地觀測(cè)風(fēng)力機(jī)整機(jī)運(yùn)行時(shí)的真實(shí)流場(chǎng)情況。本文除了對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行整體的雙向流固耦合分析，還利用仿真軟件模擬實(shí)際運(yùn)行時(shí)的環(huán)境載荷，在仿真軟件中展現(xiàn)風(fēng)及海水流過風(fēng)力機(jī)的實(shí)際情況，以此對(duì)比整機(jī)的形變，流線圖、形變?cè)茍D等的變化，研究結(jié)果可為海上半潛式風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)提供參考。

1 半潛式風(fēng)力機(jī)模型及計(jì)算域模型

1.1 半潛式風(fēng)力機(jī)模型

根據(jù)葉素理論將美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)提供的參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)變換，進(jìn)而將變換后的葉片坐標(biāo)結(jié)果導(dǎo)入ProE構(gòu)建葉輪模型。浮式平臺(tái)的選取來源于Marco Masciola[5]所提供的平臺(tái)數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)給定的東海水文數(shù)據(jù)對(duì)該半潛式浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行建模。其中有關(guān)風(fēng)力機(jī)整體構(gòu)造數(shù)據(jù)及運(yùn)行工況數(shù)據(jù)的詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

根據(jù)提供的模型數(shù)據(jù)對(duì)半潛式漂浮式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行整體建模，整機(jī)模型如圖1所示。

圖1 半潛式浮式風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Semi-submersible floating wind turbine structure model

1.2 計(jì)算域模型

設(shè)置輪轂中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，風(fēng)力機(jī)逆風(fēng)方向?yàn)閅軸正向，軸心至塔筒方向?yàn)閆軸正向，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪繞Y軸旋轉(zhuǎn)，X軸方向由Y軸和Z軸右手法則決定?？諝鈭?chǎng)上部半圓半徑為150 m，氣場(chǎng)高度為242 m；具體計(jì)算域尺寸設(shè)置為：空氣場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)域以風(fēng)輪輪轂中心為原點(diǎn)，半徑為70 m，厚度為5 m；下部分海水域高度設(shè)計(jì)為70 m；流體域入口距風(fēng)力機(jī)150 m，風(fēng)力機(jī)距流體域出口300 m。計(jì)算域整體模型如圖2所示。

圖2 計(jì)算域整體模型Fig.2 Overall model of computational domain

2 流固耦合理論

流固耦合作用是自然界客觀存在的一種特殊現(xiàn)象，是指流體與固體之間的相互作用。流固耦合問題可由其耦合方程定義，這組方程的定義域同時(shí)有流體域與固體域。而未知變量含有描述流體現(xiàn)象的變量和含有描述固體現(xiàn)象的變量，一般具有以下特征[14]：

1）流體域與固體域均不可單獨(dú)求解；

2）無法顯式地削去描述流體運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立變量及描述固體現(xiàn)象的獨(dú)立變量。

在流固耦合過程中，為保證流體與固體間能量的守恒，則在流體與固體的交界面處二者應(yīng)滿足以下方程：

式中：τ為應(yīng)力；n為方向余弦；d為位移量；q為熱流量；T為溫度；下標(biāo)f表示流體，s表示固體。

同時(shí)，可以建立控制方程的通式，對(duì)耦合簡(jiǎn)化分析需要結(jié)合模型所處的初始條件參數(shù)及相關(guān)邊界條件。此時(shí)將流、固方程耦合到一個(gè)方程矩陣中進(jìn)行求解，即在一個(gè)求解器中同時(shí)對(duì)流體和固體方程進(jìn)行求解。方程如下：

式中：k為迭代時(shí)間步；Aff為流場(chǎng)的系統(tǒng)矩陣；Ass為固體的系數(shù)矩陣；ΔXfk為流體待求解力；ΔX ks為固體待求解力；Bf為流體外部作用力；Bs為固體外部作用力；Afs和Asf是流固耦合矩陣。

ANSYS 中采用的CFX 模塊和瞬態(tài)模塊中流體域計(jì)算與固體域計(jì)算之間流固耦合流程如圖3所示。

圖3 流固耦合流程圖Fig.3 Fluid-structure coupling flow chart

3 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證

3.1 計(jì)算域網(wǎng)格劃分及相關(guān)設(shè)置

由于需要確保雙向耦合作用下流場(chǎng)域與固體域的數(shù)據(jù)傳遞準(zhǔn)確性，劃分時(shí)需要將葉片網(wǎng)格與旋轉(zhuǎn)網(wǎng)格接觸面的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)保持一致[15]。同時(shí)，由于風(fēng)力機(jī)葉輪部分進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，需要對(duì)此區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密，使旋轉(zhuǎn)時(shí)網(wǎng)格可以平穩(wěn)過渡，確保數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性。固體域網(wǎng)格如圖4所示，并在Transient structural 中設(shè)置整個(gè)風(fēng)力機(jī)表面為流固耦合面，3 條系泊纜繩底面設(shè)為固定面。

圖4 風(fēng)力機(jī)固體域網(wǎng)格Fig.4 Wind turbine structural domain grid

在風(fēng)力機(jī)外部設(shè)置流體域，分別為風(fēng)輪外部的旋轉(zhuǎn)域，包含塔筒、風(fēng)輪及一半浮筒的空氣域，最后是下方的海水域。旋轉(zhuǎn)域以風(fēng)輪輪轂中心為原點(diǎn)，半徑為70 m，厚度為5 m?？諝庥蛏喜堪雸A半徑為150 m，高度為300 m，下部海水域采用設(shè)計(jì)水深70 m。從流體域入口至風(fēng)力機(jī)處為200 m，風(fēng)力機(jī)距流體域出口為400 m，總長(zhǎng)度為10R(R=63 m，為風(fēng)輪半徑)。整個(gè)流場(chǎng)域建好后劃分網(wǎng)格，外部流場(chǎng)域采用六面體網(wǎng)格，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)域采用四面體，如圖5所示。

圖5 流體域網(wǎng)格Fig.5 Fluid domain grid

3.2 數(shù)值計(jì)算方法與邊界條件

本文基于Navier-Stocks 方程和RNGk-ε湍流模型[16]，利用滑移網(wǎng)格及網(wǎng)格重構(gòu)對(duì)NREL 5 MW半潛式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬，采用二階迎風(fēng)格式[17]。

控制方程為

式中：ρ為流體密度；φ為通用變量；t為時(shí)間；u為來流風(fēng)速；Γ為廣義擴(kuò)散系數(shù)；S為廣義源項(xiàng)。

RNGk-ε湍流模型為：

式中：k和ε分別為湍動(dòng)能及其耗散率；ui為流體速度分量；xi，xj為流體坐標(biāo)分量；μeff為風(fēng)流黏度與湍流黏度之和；Gk為平均速度梯度產(chǎn)生的湍動(dòng)能；Gb浮力所產(chǎn)生的湍動(dòng)能；YM為可壓縮湍流中波動(dòng)膨脹對(duì)總耗散率的貢獻(xiàn)；αk和αε分別為湍動(dòng)能及耗散率普朗特?cái)?shù)的倒數(shù)；C1ε，C2ε和C3ε為模 型默 認(rèn)常 數(shù)；Sk，Sε和Rε分 別為 用 戶 定 義 的源項(xiàng)[18]。

CFX 定義的初始邊界條件：入口為速度進(jìn)口，風(fēng)速為11.4 m/s，水流速度為0.5 m/s；出口為自由出流；外圍流場(chǎng)區(qū)域設(shè)置為靜止域wall，內(nèi)部旋轉(zhuǎn)域設(shè)置為interface；空氣域與海水域交界處設(shè)為interface面，整個(gè)風(fēng)力機(jī)設(shè)為wall。設(shè)置旋轉(zhuǎn)域旋轉(zhuǎn)角速度為1.267 rad/s，風(fēng)輪跟隨旋轉(zhuǎn)域一起轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置網(wǎng)格重構(gòu)。

3.3 功率驗(yàn)證

為了驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用不同網(wǎng)格數(shù)在機(jī)組的額定工況下進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。設(shè)置外流場(chǎng)入口為速度入口，出口為自由出流。額定風(fēng)速為11.4 m/s，對(duì)應(yīng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為12.1 r/min，風(fēng)輪表面以及外流場(chǎng)邊界為無滑移壁面。

模擬采用SSTk-ω湍流模型，內(nèi)外流場(chǎng)接觸面設(shè)為interface，采用二階迎風(fēng)格式，收斂殘差設(shè)置為1×10-4。分別設(shè)置風(fēng)速為5、8、11.4 m/s，求對(duì)應(yīng)的計(jì)算輸出功率。

通過數(shù)值分析可以得到風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩M，由式(6)可計(jì)算得到風(fēng)力機(jī)的功率。

式中：P為風(fēng)力機(jī)輸出功率，MW；n為風(fēng)力機(jī)額定工況下轉(zhuǎn)速12.1 r/min。

圖6 表明隨著輸入風(fēng)速的增大，計(jì)算所得輸出功率越來越接近于設(shè)計(jì)功率5 MW。當(dāng)風(fēng)速設(shè)置為額定風(fēng)速11.4 m/s 時(shí)，計(jì)算得到輸出功率為4.75 MW，相對(duì)于設(shè)計(jì)功率5 MW，誤差僅為5%，在可接受的誤差范圍內(nèi)。

圖6 輸出功率驗(yàn)證Fig.6 Computational domain model

4 風(fēng)浪聯(lián)合作用下風(fēng)力機(jī)耦合分析

4.1 雙向流固耦合計(jì)算域相關(guān)設(shè)置

利用Workbench平臺(tái)構(gòu)建雙向流固耦合分析，在Mechnical 中構(gòu)建結(jié)構(gòu)域，在CFX 中構(gòu)建流場(chǎng)域，在DM 中建立整個(gè)模型，并設(shè)置好相關(guān)邊界條件。空氣域與海水域交界面為interface 面，分別設(shè)置風(fēng)速和水速，將整個(gè)半潛式風(fēng)力機(jī)設(shè)置為耦合面。上部為空氣域，下部為海水域。設(shè)置固體域與流體域運(yùn)行時(shí)間均為10 s，即總時(shí)間為20 s，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.1 s。同時(shí)，設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格開啟，將各區(qū)域相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。在計(jì)算中選擇二階歐拉方程，湍流選擇二階迎風(fēng)格式，收斂殘差設(shè)置為1.0×10-4。圖7為計(jì)算域模型圖。

圖7 計(jì)算域模型圖Fig.7 Computational domain model

在流體域中劃分好流場(chǎng)網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)域中劃分好整機(jī)網(wǎng)格，導(dǎo)入流體域并進(jìn)行雙向流固耦合計(jì)算。在結(jié)構(gòu)域中，風(fēng)輪沿用NREL 5 MW 風(fēng)力機(jī)中葉片設(shè)計(jì)的原材料，將玻璃纖維環(huán)氧樹脂設(shè)定為葉片的復(fù)合材料，該材料具有成型后尺寸穩(wěn)定、抗腐蝕以及承受載荷較大等優(yōu)點(diǎn)，浮式平臺(tái)的系泊纜選用聚酯纖維纜新型材料[19-20]。在流體域中分別設(shè)置空氣域、海水域的入口、出口及壁面，空氣域中的旋轉(zhuǎn)域需設(shè)為interface 面，再將計(jì)算結(jié)果以壓力載荷的方式導(dǎo)入結(jié)構(gòu)，對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

4.2 結(jié)構(gòu)域應(yīng)力應(yīng)變分析

由文獻(xiàn)[21]所知，風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速與當(dāng)時(shí)風(fēng)速相關(guān)，本文所用NREL 5 MW 風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速的關(guān)系如表2所示。

表2 不同風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速Tab.2 Wind turbine speed at different wind speeds

根據(jù)表2，分別取5、8、11.4 m/s 風(fēng)速下對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪角速度以及風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度0 rad/s，設(shè)置系泊纜底部為固定約束面，同時(shí)設(shè)置半潛式浮式風(fēng)力機(jī)表面為流固耦合面，輸出結(jié)構(gòu)域中葉片的最大變形量。

圖8為不同風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速下，葉片的最大變形量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖。從圖8中看出，當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為0 rad/s 時(shí)，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，處于自存狀態(tài)，葉片變形量隨時(shí)間變化幾乎不變，圖上顯示為一條直線，因此在自存狀態(tài)下，風(fēng)輪變形量可忽略不計(jì)。在1.267 rad/s 轉(zhuǎn)速下，最大變形量峰值為21.038 mm；在0.959 rad/s 轉(zhuǎn)速下，最大變形量峰值為11.866 mm；在0.773 rad/s轉(zhuǎn)速下，最大變形量峰值則為7.757 mm?？梢?，隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增大，風(fēng)輪的最大變形量也隨之增大，且其峰值隨轉(zhuǎn)速的增大出現(xiàn)左移，即風(fēng)輪轉(zhuǎn)速越大，越早出現(xiàn)最大變形量。最大變形量在運(yùn)行開始階段變化較大，隨著時(shí)間逐漸變小，在一定數(shù)值內(nèi)趨于平緩。葉片變形主要受風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速(即輸入風(fēng)速)、材料影響，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速增大(即輸入風(fēng)速增大)，變形量明顯提高。這一結(jié)論與張建平[20]所得結(jié)果一致，反映了葉片響應(yīng)規(guī)律。在不同轉(zhuǎn)速下，最大變形量隨時(shí)間變化曲線的整體走勢(shì)基本一致。

圖8 不同轉(zhuǎn)速下葉片最大變形量對(duì)比Fig.8 Comparison of maximum blade deformation at different speeds

從圖8 可看出，在風(fēng)輪停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)最大變形量隨時(shí)間變化曲線幾乎為直線，因此在等效應(yīng)力曲線圖中只討論3種風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，如圖9所示。由圖9可知，在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)初期，最大應(yīng)力的變化很大，隨著時(shí)間的推移，風(fēng)輪最大等效應(yīng)力逐步趨向平穩(wěn)，并穩(wěn)定在一定數(shù)值內(nèi)變化，此時(shí)可判斷風(fēng)輪旋轉(zhuǎn),趨于穩(wěn)定。且隨著輸入風(fēng)速的增大，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速隨之增大，最大等效應(yīng)力也隨之增大。當(dāng)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速設(shè)置為0.727 rad/s時(shí)，風(fēng)輪的最大等效應(yīng)力為8.01 MPa；風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為0.959 rad/s時(shí)，其最大等效應(yīng)力為12.44 MPa；風(fēng)輪轉(zhuǎn)速為1.267 rad/s時(shí)，其最大等效應(yīng)力為21.46 MPa。由此可見，風(fēng)輪等效應(yīng)力值明顯小于設(shè)計(jì)的材料許用應(yīng)力值250 MPa。

圖9 風(fēng)輪最大等效應(yīng)力隨時(shí)間變化圖Fig.9 Maximum equivalent stress of the wind wheel changes with time

在流固耦合設(shè)置中將風(fēng)速都設(shè)置為額定風(fēng)速11.4 m/s。在額定風(fēng)速下，將海水速度分別設(shè)置為0.5 m/s與2 m/s，對(duì)半潛式風(fēng)力機(jī)浮式平臺(tái)進(jìn)行雙向流固耦合特性分析。將雙向流固耦合結(jié)果導(dǎo)出，在CFD-POST 中以云圖的方式展示結(jié)果，如圖10所示。

圖10 風(fēng)力機(jī)浮筒位移圖Fig.10 Displacement cloud diagram of wind turbine foundation

浪速為0.5 m/s 時(shí)，浮筒最大位移為0.09 m。浪速為2 m/s時(shí)，浮筒最大位移為0.37 m。隨著浪速的提升，浮筒位移顯著增大，且位移最大處基本出現(xiàn)在下浮筒與系泊纜連接處附近。在浮筒部分，位移主要體現(xiàn)在系泊纜連接處，且系泊纜由于與浮筒相連，隨浮筒一起運(yùn)動(dòng)。

為了更好地觀察浮筒的運(yùn)動(dòng)情況，在CFX中導(dǎo)出浮筒及系泊纜位移參數(shù)，畫出浮筒及系泊纜位移隨時(shí)間變化曲線，如圖11所示。

圖11 浮筒及系泊纜位移隨時(shí)間變化曲線圖Fig.11 Float foundation and mooring line displacement curve diagram with time

由圖11可以看出，在5.5 s左右位移達(dá)到最大值?？梢院侠淼赝茰y(cè)當(dāng)時(shí)間進(jìn)行到11 s 時(shí)，浮筒回到初始位置，完成一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)。從原因分析，由于平臺(tái)與系泊纜相連，平臺(tái)受風(fēng)浪聯(lián)合作用，同時(shí)受到系泊纜拉力的作用，在變形過大時(shí)及時(shí)將平臺(tái)拉回初始位置。

4.3 流體域速度流線分析

在額定風(fēng)速11.4 m/s，海浪速度2 m/s工況下，在CFD-POST 中導(dǎo)出半潛式風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)域速度矢量圖，如圖12、13所示。

圖12 風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪附近速度矢量圖Fig.12 Velocity vector diagram around wind turbine wheel

圖13 流體域速度矢量圖Fig.13 Velocity vector diagram of fluid domain

由圖12 可知，風(fēng)輪處速度由葉尖向葉根遞減，在半潛式風(fēng)力機(jī)中速度最大存在于葉尖部分，且葉尖處速度矢量密度最大，速度約為87.5 m/s。在風(fēng)輪部分可以清晰地觀察到風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度矢量。在半潛式平臺(tái)部分，發(fā)現(xiàn)圍繞系泊纜區(qū)域，速度矢量明顯高于海水域其他部分，易形成繞流。圖14為在額定風(fēng)速11.4 m/s、海浪速度2 m/s 工況下風(fēng)力機(jī)的流線圖，其中用粗實(shí)線標(biāo)出的為風(fēng)力機(jī)葉輪所在位置。從圖14中可以看出，風(fēng)流經(jīng)風(fēng)力機(jī)后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，流線有一定紊亂，但經(jīng)過旋轉(zhuǎn)域后逐漸恢復(fù)穩(wěn)定。

圖14 風(fēng)力機(jī)流線圖Fig.14 Wind turbine streamline diagram

5 結(jié)論

對(duì)半潛式風(fēng)力機(jī)進(jìn)行雙向流固耦合特性分析，結(jié)論如下：

1）在不同風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)速下，隨轉(zhuǎn)速的增大，風(fēng)輪形變?cè)龃螅曳逯党霈F(xiàn)左移，即轉(zhuǎn)速越大，越早出現(xiàn)最大變形量。最大變形量的大小隨著時(shí)間的變化，逐漸趨于平緩，并最終穩(wěn)定。葉片變形主要受風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速(即輸入風(fēng)速)、材料影響，其中受風(fēng)速影響較大。在運(yùn)行開始后0.3 s，風(fēng)輪變形量達(dá)到最大值。

2）隨著時(shí)間推移，風(fēng)力機(jī)半潛式平臺(tái)位移與等效應(yīng)力值都趨于穩(wěn)定。風(fēng)力機(jī)等效應(yīng)力值在所設(shè)工況中符合設(shè)計(jì)要求，明顯小于設(shè)計(jì)的材料應(yīng)力值250 MPa。且在結(jié)構(gòu)分析中未出現(xiàn)較大程度變形，符合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。

3）在風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過程中，葉片的變形集中于葉尖附近，且越靠近葉尖越明顯。在整機(jī)中，形變主要集中于系泊纜連接處。因此，葉片及浮筒系泊纜的材料選取尤為重要。經(jīng)測(cè)算，浮筒與系泊纜的振動(dòng)周期約為11 s。因此在系泊纜處應(yīng)進(jìn)行加固或選用更結(jié)實(shí)的材料。

4）根據(jù)半潛式風(fēng)輪速度矢量圖，可看出葉尖至葉片中段速度較大，顏色較深。風(fēng)力機(jī)流線圖顯示風(fēng)經(jīng)過風(fēng)輪產(chǎn)生一定擾動(dòng)，后逐漸穩(wěn)定，流場(chǎng)流線基本穩(wěn)定。