Hydro-elastisk Analyse av Halvt Nedsenkbar Offshore Vindturbin

Abstract

In this thesis the hydro-elastic response of the semi-submersible offshore wind turbine OO Star Wind Floater is explored. The investigation was carried out following a wave tank testing of a scale model of the OO Star Wind Floater which included: forced motion in all degrees of freedom, fixed hull in regular waves and moored hull with regular and irregular waves. The purpose of this thesis is to serve as a validation of the simulation capabilities of the aero-hydro-servo-elastic software 3Dfloat and to systematically examine coefficients for added mass and drag for the wind turbine in question. Initially the focus was on acquiring the necessary knowledge related to hydrodynamics, to get familiarized with the simulation tool 3Dfloat and to catch up on previous work regarding the OO Star Wind Floater. Coefficients for added mass and drag is set based on the comparison of experimental data with simulations performed with forced motion and fixed hull with regular waves. To examine the validity of the setup, simulations was carried out with regular and irregular waves while the model was held in place with catenary mooring lines. In conclusion, it has been found that a total added mass of 280 kg and 145 kg for the heave and surge degrees of freedom, respectively, with an axial drag coefficient of 13, gives good agreement between the scale and numerical model. I denne masteroppgaven har den hydro-elastiske responsen av en halvt nedsenkbar offshore vindturbin blitt analysert ved å utføre simuleringer med 3Dfloat og sammenlikne resultatene med eksperimentelle data. Datasettet som ligger til grunn for sammenlikningene stammer i fra en bølgetanktest av en 1/40 skalamodell av OO Star Wind Floater utført ved Ècole Centrale de Nantes i Frankrike høsten 2013 og inkluderer forsøk med: påtvungen bevegelse i alle frihetsgrader, stasjonær flyter med regulære bølger samt henholdsvis regulære og irregulære bølger med forankret flyter. Målet med oppgaven har vært å fungere som en validering av simuleringskapasiteten til den aero-hydro-sevo-elastiske programvaren 3Dfloat, og bestemme hydrodynamiske koeffisienter for skalamodellen av OO Star Wind Floater. Innledningsvis lå fokuset på å tilegne seg nødvendig kunnskap relatert til hydrodynamikk, gjøre seg kjent med programvaren 3Dfloat og oppdatere seg på tidligere gjennomført arbeid omhandlende vindturbinen som er tema for analysen. Koeffisienter for addert masse og drag er satt med bakgrunn i sammenlikning av eksperimentelle data med simuleringer utført av påtvungen bevegelse og stasjonær flyter med regulære bølger. Videre er det utført simuleringer av regulære og irregulære bølger med forankret plattform med hensikt å undersøke gyldigheten av simuleringsoppsettet. Avslutningsvis er det funnet at en total addert masse for henholdsvis surge- og heave-retning på 280 kg og 145 kg med en aksiell drag-koeffisient på 13 gir godt samsvar mellom simulering og forsøk.