4 讨论

4.1 水动力数值方法对比分析

通过以上各种数值方法的对比分析，可以看出，针对不同的问题，应结合计算效率和计算精度，选用不同的数值计算方法.表1中给出了4种不同数值计算方法在计算效率和计算精度上的对比，等级越高(星号越多)，表示计算效率越高、计算精度越高.从计算时间上来说，线性频域方法计算效率最高，但只适用于稳态问题；其次是线性时域方法，适用于瞬态问题，若计算同样的稳态问题，计算精度与频域方法相同，若计算瞬态问题，计算精度更高；势流非线性方法由于每一时刻需要在瞬时面上重新建立矩阵方程并求解，因此，计算效率远低于前两者，但由于考虑到物面和自由水面的非线性，对于非线性较强(极端海况)的问题，计算精度更高；黏性方法同时考虑了非线性和黏性的影响，因此计算效率最低，但计算精度最高.

需要根据问题不同来选择不同的数值模型.若考虑正常工况下，风浪联合系统的优化设计问题，可采用线性频域方法.若考虑非稳态情况下的优化设计问题，需要采用线性时域方法，如非定常风、瞬态波等情况.对于线性频域和时域方法，当浮体个数较多时，需考虑采用加速算法.当波浪波幅和物体的运动尺度响度与物体的特征尺度或波长相比较非小量时，线性理论不再适用，需要采用势流非线性方法进行计算，如大风大浪等极限海况.

势流理论忽略了流体的黏性，当流体黏性较重要，如求解小尺度物体(振荡浮子式波浪能装置)时，需要采用黏性方法进行计算.虽然黏性方法计算精度高，但由于其计算效率很低，尤其对于风浪联合系统这类网格数量很多的问题，只有当计算极端海况、流体黏性特别重要的算例时，才采用黏性方法直接计算.综合考虑计算效率和计算精度，采用考虑黏性修正的势流理论来研究是一个切实可行的方案，其中黏性修正需要通过黏性方法或者实验结果得到[67].

表1 不同水动力数值方法对比表Table 1 Comparison of different hydrodynamic numerical methods

4.2 优化控制的可能性及挑战

优化控制技术对提高联合发电系统的水动力性能尤为关键.最优能量吸收理论的实现面临着诸多技术难点，不论是对控制硬件或是对控制算法的要求.因此优化控制方法受到业界学者更为广泛的关注.控制是一个极为复杂的研究课题，在本文中不做详述，旨在让读者了解控制方法对联合发电系统水动力设计优化的支撑作用.

4.3 实验方法探索

物理模型实验是验证数值模型准确性和检验装置可靠性的重要手段.但风浪联合发电系统由于同时涉及到结构物的水动力以及风机的气动力，使得物理模型实验面临诸多挑战.模型实验的相似比选取对结果的影响较大，海洋平台和波浪能装置采用傅汝德数相似选取模型缩尺比，风机需要根据雷诺数相似来选取风机尺寸，但实验中很难满足.由于傅汝德数缩尺下雷诺数不匹配的影响，模型试验不能很好的反映真实海况中联合发电系统的特性，目前这方面的实验技术还不成熟，仍处在探索阶段，需要进一步寻找新型的实验方法解决上述问题.

1 Bahaj electricity from the Sustainable Energy Review,2011,15(7):3399-3416

2

3 Edwards KA,Mekhiche M.Ocean power technologies powerbuoy:System-level and Validation Methodology,2014

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5 Astariz S,Perez-collazo C,Abanades J,et wave-wind farms:Economic assessment as a function of Energy,2015,83:837-849

6 Cradden L,Kalogeri C,Barrios IM,et site selection for offshore renewable energy Energy,2016,87:791-806

7 Veigas M,Iglesias G.Wave and offshore wind potential for the island of Conversion and Management,2013,76:738-745

8 Veigas M,Iglesias G.A hybrid wave-wind offshore farm for an Journal of Green Energy,2014,12:570-576

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10 Pérez-Collazo C,Greaves D,Iglesias G.A review of combined wave and offshore wind &Sustainable Energy Reviews,2015,42(42):141-153

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12 Wave Star AS.Wave Star energy web Star AS,2012

13 陈嘉豪,胡志强.半潜式海上浮式风机气动阻尼特性研究.力学学报,2019,51(4):1255-1265(Chen Jiahao,Hu on aerodynamic damping of semi-submersible floating wind Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2019,51(4):1255-1265(in Chinese))

14 李国强,张卫国,陈立等.风力机叶片翼型动态试验技术研究.力学学报,2018,50(4):751-765(Li Guoqiang,Zhang Weiguo,Chen Li,et on dynamic test technology for wind turbine blade Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2018,50(4):751-765(in Chinese))

文章来源：《水动力学研究与进展》 网址: http://www.sdlxyjyjzzz.cn/qikandaodu/2020/1228/452.html

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