一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统技术方案

本申请公开了一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统，提高了水动力载荷的计算准确性。该水动力参数校准方法包括：获取基础数据，包括带抗冰锥基础的结构尺寸及其所在的海况条件；基于该基础数据，使用Morison方程结合Maccamy

【技术实现步骤摘要】
一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统


[0001]本专利技术涉及海洋工程
，更具体地说，涉及一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统。

技术介绍

[0002]海上设施(例如海上风力发电机)的支撑结构包括塔架、基础以及两者之间的连接件。其中，基础在冬天容易受到浮冰的影响，为了避免浮冰对基础的结构造成破坏，通常会在基础的海平面位置安装抗冰锥，例如图1所示(图1中的附图标记1、2、3分别指代基础、抗冰锥和海平面)。
[0003]水动力载荷在结构设计中起到了决定性作用。水动力载荷是指结构受到来自波浪、海流的外力。目前通常使用Morison方程(即莫里森方程)结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论(即由MacCamy和Fuchs等在1954年提出的绕射理论)来计算直径变化不大的大直径柱式结构的水动力载荷，具体为：
[0004]使用Morison方程分别计算出结构各水深节点处的水平波浪力，然后沿着结构的高度方向进行积分得到整个结构的水动力载荷。Morison方程中有一项与水深节点一一对应的质量系数C
M
，在使用Maccamy
‑
Fuchs绕射理论修正波浪谱后，质量系数C
M
的值被修正为初始质量系数C
M0
与修正因子fm的乘积；其中C
M0
是人为凭经验给定，一般为2；修正因子fm通过Maccamy
‑
Fuchs绕射理论计算得到。Maccamy
‑
Fuchs绕射理论计算出的fm值是基于等直径圆柱结构的，fm值和圆柱的直径R0之间的关系大体上符合fm值随着直径R0的变大而减小的规律；对于非等直径圆柱结构，使用Maccamy
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Fuchs绕射理论时会存在一定误差，保守起见，通常选择海平面位置上下一定范围内结构的最小直径作为标定的直径R0去计算fm值。
[0005]仍参见图1，未安装抗冰锥的基础直径变化不大，所以采用上述Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论的方法计算质量系数C
M
进而计算水动力载荷时，计算结果偏差不大；但带抗冰锥基础直径变化巨大，仍采用上述方法计算质量系数C
M
进而计算水动力载荷的话，则计算结果偏差太大，此时带抗冰锥基础的水动力载荷被高估，导致海上设施的支撑结构的设计载荷和结构设计过于保守，增加了支撑结构成本。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统，以提高水动力载荷的计算准确性。
[0007]一种水动力参数校准方法，包括：
[0008]获取基础数据，包括带抗冰锥基础的结构尺寸及其所在的海况条件；
[0009]基于所述基础数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；
[0010]基于所述基础数据，使用势流理论求解器，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；
[0011]根据两波浪激励力曲线之间的吻合度，去调整Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论这一计算方法下标定的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
，直至该吻合度超于预设值，从而得到标定准确的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
。
[0012]可选的，所述势流理论求解器采用势流理论中的边界元方法进行求解。
[0013]可选的，所述基础数据包括：带抗冰锥基础各水深节点处的截面直径。
[0014]可选的，所述获取基础数据，具体为：获取带抗冰锥基础从海平面到泥面之间的基础数据。
[0015]一种水动力载荷计算方法，包括：
[0016]执行如权利要求1～4中任一项所述的水动力参数校准方法；
[0017]基于校准后的数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的水动力载荷。
[0018]一种水动力参数校准系统，包括：
[0019]数据获取单元，用于获取基础数据，包括带抗冰锥基础的结构尺寸及其所在的海况条件；
[0020]待校准曲线计算单元，用于基于所述基础数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；
[0021]基准曲线计算单元，用于基于所述基础数据，使用势流理论求解器，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；
[0022]校准单元，用于根据两波浪激励力曲线之间的吻合度，去调整Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论这一计算方法下标定的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
，直至该吻合度超于预设值，从而得到标定准确的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
。
[0023]可选的，在上述水动力参数校准系统中，所述势流理论求解器采用势流理论中的边界元方法进行求解。
[0024]可选的，在上述水动力参数校准系统中，所述基础数据包括：带抗冰锥基础各水深节点处的截面直径。
[0025]可选的，在上述水动力参数校准系统中，所述数据获取单元具体用于获取带抗冰锥基础从海平面到泥面之间的基础数据。
[0026]一种水动力载荷计算系统，包括：
[0027]上述任一种水动力参数校准系统；
[0028]以及计算单元；所述计算单元用于基于校准后的数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的水动力载荷。
[0029]从上述的技术方案可以看出，本专利技术使用势流理论求解器输出波浪激励力基准曲线，通过调整在Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论这一计算方法下标定的参考直径R0和各个C
M0
，使得通过此计算方法计算得到的波浪激励力曲线与基准曲线基本吻合，以此来达到校准参考直径R0和各个C
M0
的目的也即达到校准Morison方程中的质量参数C
M
的目的，进而确保了采用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论计算得到的水动力载荷的准确性。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为现有技术公开的一种带抗冰锥基础的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例公开的一种水动力参数校准方法流程图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水动力参数校准方法，其特征在于，包括：获取基础数据，包括带抗冰锥基础的结构尺寸及其所在的海况条件；基于所述基础数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；基于所述基础数据，使用势流理论求解器，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；根据两波浪激励力曲线之间的吻合度，去调整Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论这一计算方法下标定的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
，直至该吻合度超于预设值，从而得到标定准确的参考直径R0和各个初始质量系数C
M0
。2.根据权利要求1所述的水动力参数校准方法，其特征在于，所述势流理论求解器采用势流理论中的边界元方法进行求解。3.根据权利要求1所述的水动力参数校准方法，其特征在于，所述基础数据包括：带抗冰锥基础各水深节点处的截面直径。4.根据权利要求1～3中任一项所述的水动力参数校准方法，其特征在于，所述获取基础数据，具体为：获取带抗冰锥基础从海平面到泥面之间的基础数据。5.一种水动力载荷计算方法，其特征在于，包括：执行如权利要求1～4中任一项所述的水动力参数校准方法；基于校准后的数据，使用Morison方程结合Maccamy
‑
Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的水动力载荷。6.一种水动力参数校准系统，其特征在于，包括：数据获取单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡合文，刘鑫，郭小江，闫姝，周昳鸣，郭晓辉，唐巍，齐革军，杨立华，章恂，陈正华，韩斯琪，李冬，张颖，何才炯，施俊佼，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：