【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法、系统和设备，属于海上风电设备。
技术介绍
1、海上风电平台运行工况复杂，其结构设计、制造成本以及使用寿命主要受波浪以及海流载荷(波流载荷)影响，因此，准确地确定波流载荷对于海上风电平台的经济效益具有重要意义。
2、中国专利（公布号：cn114673637a）公开了一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，通过对海上风电机组的叶片载荷、机舱载荷、塔顶载荷、塔中载荷、塔底载荷及海上基础载荷信号和风向流浪信号进行采集；采集完成后，存储载荷信号和风向流浪信号，并基于载荷信号进行应力转化的计算分析，确定所述海上风电机组关键部位的载荷受力数据。上述方案使用3d式激光雷达作为气象数据采集单元，且同时还增加了水文数据采集和风机基础应力采集，整合了风、浪、流等数据与风机本体和基础的载荷数据，实现海上风电机组一体化的载荷测试，分析不同环境条件下的风机和桩基的载荷情况，有助于海上风电机组在研发过程中进行成本把控。
3、上述方案通过数据采集单元对海上气象进行监测，以获取真实的载荷信号，并基于真实的载荷信号进行应力转化，从而确定载荷受力数据。但数据采集单元只能对海上风电机组的关键部位进行监测，数据采集不够全面，导致无法对海上风电机组的各个位置进行准确载荷计算；并且受监测时间和监测位置的影响，无法涵盖各种复杂工况。
4、进一步，真实的监测数据对于研发阶段的风电机组一般难以获取，因此通过采集真实载荷信号的方式，很难满足海上风电平台仿真阶段的载荷计算要求，如果无法进行精确
技术实现思路
1、针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的一在于提供一种通过建立波浪分布模型、波流耦合仿真模型、波流载荷计算模型，对海流速度剖面进行纵向拉伸，得到能覆盖海底至波浪表面的海流速度剖面曲线；再对海流速度剖面曲线进行处理，使得波浪和海流耦合在一起，得到准确的波流载荷，从而可以满足海上风电平台桩基的载荷计算要求，方案科学、合理，切实可行的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法。
2、针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的二在于提供一种通过设置波浪分布模块、波流耦合仿真模块、波流载荷计算模块，得到准确的波流载荷，可以满足海上风电平台桩基的载荷计算要求，使得海上风电平台桩基结构设计更为合理的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算系统。
3、针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的三在于提供一种可以对海上风电机组进行准确载荷计算，可以涵盖各种复杂工况，特别适用于研发阶段的海上风电机组的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法、系统和设备。
4、针对上述问题或上述问题之一，本专利技术的目的四在于提供一种充分考虑波浪和海流之间的协同作用效应，针对不同海流层的海流速度一般不同的特性，对海流速度剖面进行纵向拉伸，并对波浪和海流进行耦合计算，有效减少了波流载荷计算的误差的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法、系统和设备。
5、为实现上述目的之一，本专利技术的第一种技术方案为：
6、基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，包括以下内容：
7、根据海上风电平台桩基周边的海流波浪信息，利用预先建立的波浪分布模型，计算得到随深度变化的波浪分布数据；
8、通过预先建立的波流耦合仿真模型，根据波浪和海流的协同效应，并基于波浪分布数据对海流速度剖面进行纵向拉伸，得到能覆盖海底至波浪表面的海流速度剖面曲线；再对海流速度剖面曲线进行处理，使得波浪和海流耦合在一起，得到波流的离散速度场和离散加速度场；
9、利用预先建立的波流载荷计算模型，对离散速度场和离散加速度场进行处理，得到基于波浪和海流的协同作用效应的波流载荷，完成基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算。
10、本专利技术经过不断探索以及试验，通过建立波浪分布模型、波流耦合仿真模型、波流载荷计算模型，能够根据波浪和海流的协同效应，并基于波浪分布数据对海流速度剖面进行纵向拉伸，得到能覆盖海底至波浪表面的海流速度剖面曲线；再对海流速度剖面曲线进行处理，使得波浪和海流耦合在一起，得到波流的离散速度场和离散加速度场；然后对离散速度场和离散加速度场进行处理，得到准确的波流载荷，从而可以满足海上风电平台桩基的载荷计算要求，方案科学、合理，切实可行。
11、进而，本专利技术通过构建覆盖海底至波浪表面的海流速度剖面曲线，可以对海上风电机组各个位置进行准确载荷计算，并基于已有的海流波浪信息，可以涵盖各种复杂工况，因此可以满足海上风电平台桩基的载荷计算要求，特别适用于研发阶段的海上风电机组，便于对海上风电平台桩基进行仿真设计以及研发，从而使得海上风电平台桩基结构设计更为合理，并可以有效降低海上风电平台桩基后续的制造成本，延长其使用寿命，因此本专利技术无需获取真实的载荷信号，即可实现海上风电平台桩基的波流载荷准确计算。
12、进一步，本专利技术充分考虑波浪和海流之间的协同作用效应，针对不同海流层的海流速度一般不同的特性，对海流速度剖面进行纵向拉伸，从而可以对波浪和海流进行耦合计算，有效减少了波流载荷计算的误差，使得海上风电平台桩基仿真更加真实。
13、作为优选技术措施：
14、波浪分布模型设有线性波计算单元、五阶波计算单元和流函数波浪计算单元；
15、海流波浪信息至少包括波浪周期、静水深和波高；
16、波浪分布数据至少包括波浪的波长和波面；
17、线性波计算单元、五阶波计算单元能根据波浪周期、静水深和波高，计算波长和波面；
18、流函数波浪计算单元，能根据波浪周期、静水深和波高，并基于波陡与相对深度的分布图，采用多边形边缘点判断的方式遍历所有区域直至确定合适的流函数阶数。
19、作为优选技术措施：
20、利用线性波计算单元计算波长和波面的方法，包括以下步骤：
21、步骤11，根据波浪周期、静水深和波高，设置边界条件，边界条件包括线性化自由表面运动条件和动力边界条件；
22、步骤12，根据线性化自由表面运动条件和动力边界条件，给定线性波面形式对速度势的拉普拉斯控制方程；
23、步骤13，对拉普拉斯控制方程进行逆问题求解得到速度势的表达式，速度势的表达式包括未知量波长；
24、步骤14，将速度势的表达式代入边界条件得到线性波的弥散关系；
25、步骤15，根据弥散关系求得波长；
26、步骤16，将波长代入线性波面表达式求出波面。
27、作为优选技术措施：
28、利用五阶波计算单元计算波长和波面的方法，包括以下步骤：
29、步骤21，根据波浪周期、静水深和波高，设置边界条件，边界条件包括线性化自由表面运动条件和动力边界条件；
30、步骤22，根据线性化自由表面运动条件和动力边界条件，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
6.如权利要求5所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
7.如权利要求5所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
8.如权利要求1-7任一所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
9.基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算系统，其特征在于：
10.一种电子设备，其特征在于：
【技术特征摘要】
1.基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
2.如权利要求1所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
3.如权利要求2所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其特征在于：
5.如权利要求1所述的基于海上风电桩基的波流载荷仿真计算方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：付雨晨，戴扬，闵皆昇，吴健明，杨承卓，
申请(专利权)人：浙江远算科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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