[发明专利]一种水动力参数校准方法、水动力载荷计算方法和系统

说明书

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‑Fuchs绕射理论，计算出带抗冰锥基础的波浪激励力曲线；基于该基础数据，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。

技术领域

本发明涉及海洋工程技术领域，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。

背景技术

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)。

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：

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-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。

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

一种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；