Αεροελαστική ανάλυση πλωτών ανεμογεννητριών με πρότυπα μειωμένου αριθμού βαθμών ελευθερίας

Κούκουρα, Σοφία; Koukoura, Sofia

dc.contributor.author	Κούκουρα, Σοφία	el
dc.contributor.author	Koukoura, Sofia	en
dc.date.accessioned	2015-12-02T09:57:41Z
dc.date.available	2015-12-02T09:57:41Z
dc.date.issued	2015-12-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41731
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9717
dc.rights	Default License
dc.subject	Αιολική ενέργεια	el
dc.subject	Wind energy	en
dc.subject	Πλωτές ανεμογεννήτριες	el
dc.subject	Αεροελαστικότητα	el
dc.subject	Floating turbines	en
dc.subject	Aeroelasticity	en
dc.title	Αεροελαστική ανάλυση πλωτών ανεμογεννητριών με πρότυπα μειωμένου αριθμού βαθμών ελευθερίας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Μηχανολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-29
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός υπολογιστικού εργαλείου αεροελαστικής ανάλυσης της πλωτής ανεμογεννήτριας (Α/Γ) με πρότυπα μειωμένου αριθμού βαθμών ελευθερίας. Χρησιμοποιήθηκε ένα απλό πρότυπο που βασίζεται στη λογική των συγκεντρωμένων ελαστικών ιδιοτήτων (lumped properties) για την αναπαράσταση των τμημάτων που συνθέτουν την κατασκευή (πτερύγια, αξονικό σύστημα, πύργος, πλωτήρας), ενώ η μοντελοποίηση έγινε με ένα σύστημα 22 βαθμών ελευθερίας(Β/Ε). Οι 6 πρώτοι βαθμοί ελευθερίας αφορούν τις μετακινήσεις και τις στροφές του πλωτήρα: ταλάντευση εμπρός-πίσω (surge), ταλάντευση πλευρική (sway), ταλάντευση πάνω-κάτω (heave), περιστροφή (roll), πρόνευση (pitch), γωνιακή απόκλιση (yaw). Στην κορυφή του πύργου χρησιμοποιούνται 3 Β/Ε για τις στροφές σε κάθε άξονα αντίστοιχα (roll, tilt, yaw) και 2 Β/Ε για τη μετακίνηση στο πλάγιο και το μπρος-πίσω επίπεδο. Στη συνέχεια υπάρχουν 2 Β/Ε για τη γωνιακή απόκλιση του άξονα του δρομέα κατά την κατεύθυνση edge, στη θέση της γεννήτριας και στη θέση της πλήμνης αντίστοιχα. Τέλος, υπάρχουν Β/Ε για τη γωνιακή απόκλιση κατά την κατεύθυνση πτερύγισης (flap), για τη γωνιακή απόκλιση κατά την κατεύθυνση edge και για την κλίση pitch του κάθε πτερυγίου. Το απλό αυτό μοντέλο, που αντιπροσωπεύει τα βασικά δυναμικά χαρακτηριστικά της Α/Γ, είναι πολύ χρήσιμο για την κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς της κατασκευής με το ελάχιστο δυνατό υπολογιστικό κόστος. Για την διατύπωση των δυναμικών εξισώσεων του συστήματος της Α/Γ χρησιμοποιήθηκε ενεργειακή προσέγγιση (εξισώσεις Lagrange). Όπως είναι φυσικό, ο συγκεκριμένος κώδικας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για τη περίπτωση της πλωτής όσο και για της χερσαίας ανεμογεννήτριας, καθώς η διαφορά μεταξύ τους έγκειται μονάχα σε έξι βαθμούς ελευθερίας και στην αφαίρεση του πλωτήρα από το σύστημα. Από την επίλυση του συστήματος των εξισώσεων με την εφαρμογή της ιδιοδιανυσματικής ανάλυσης προκύπτουν οι ιδιοσυχνότητες και οι αποσβέσεις των ιδιομορφών που χαρακτηρίζουν το σύστημα. Μέσω των αποτελεσμάτων αυτών γίνεται η ανάλυση ευστάθειας του συστήματος. Με κατάλληλο μετασχηματισμό για τη μετατροπή των αεροελαστικών εξισώσεων σε μορφή κατάστασης-χώρου (state-space) γίνεται δυνατή η μελέτη της απόκρισης συχνότητας του συστήματος ανοιχτού βρόχου.Τέλος, γίνεται επιβεβαίωση τον αποτελεσμάτων στο πεδίο του χρόνου με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων (FEM) που χρησιμοποιεί ο κώδικας HydroG-ast του εργαστηρίου.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis was the development of a computational tool for the aeroelastic study of a floating wind turbine, using a reduced order model. The developed model was based on lumped properties for the simulation of the various parts that comprise the construction (blades, drive-train, tower, floater). The system was modeled with 22 degrees of freedom (DOFs). The 6 first DOFs consist of the displacements and the rotations of the floater: surge, sway, heave, roll, pitch, yaw. At the tower top there are 3 DOFs for the 3 turns around each axis respectively: roll, tilt, yaw. Also, there are 2 DOFs for the lateral and fore-aft displacements. 2 DOFs are used for the drive train torsion in the generator and the hub positions. Finally, the flapwise, edgewise and pitch rotations of the blade are used as DOFs for each blade respectively. This simple model represents the basic dynamic characteristics of the wind turbine and is very useful for understanding its dynamic behavior with the minimum computational cost. Lagrange equations were used for the formulation of the dynamic equations of the wind turbine system. This particular code can be used to study both an offshore and an onshore wind turbine, since the difference between these two cases is the elimination of 6 DOFs from the system. Using the eigenvector analysis, the equations are solved and the eigenvalues along with the eigenform dampings are derived. Consequently, the stability analysis of the system is performed. The aeroelastic equations are converted into a state-space representation through appropriate transformations and thus, the study of the frequency response in the open loop system is enabled. Finally, the results obtained through the work of this thesis are evaluated with an already experimentally validated full model of floating wind turbines, HydroGAST, which is based on the finite element method (FEM).	en
heal.advisorName	Ριζιώτης, Βασίλης	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ζερβός, Αρθούρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Αεροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	95 σ.
heal.fullTextAvailability	true