发展海上风电对于解决人类面临的气候问题和能源问题具有重要意义，是实现我国“双碳”战略的重要组成部分。在陆上风电技术已较为成熟的背景下，海上风电凭借其优质的风力资源以及广阔的海域正成为重要的风力发电手段。由于近海空间有限，未来远海浮式风电将成为海上风电开发的重点方向。海上浮式风力机(FOWT, Floating Offshore Wind Turbine)作为浮式风电开发的关键组件，对其系泊水动力性能进行研究直接关乎到风力发电机的发电效率、服役寿命等关键性能指标，对海上风电发展具有重要意义。

我实验室海洋可再生能源利用创新团队利用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH)方法，建立了系泊浮式风机无网格数值波浪水池，并基于高精度物理水槽开展实验研究，对浮式风机水动力问题进行了系统的SPH数值模拟和实验验证及分析。该研究利用GPU并行化SPH算法模拟不同波浪条件下的系泊浮式风机运动和动力特性，与同等条件下的水池实验结果进行对比研究，结果表明SPH方法可以准确模拟不同波浪条件下系泊浮式风机与非线性波浪的剧烈耦合作用过程，给出准确运动和动力响应数据，从而指导工程实践。SPH方法作为一种无网格拉格朗日粒子法，便于对复杂几何形状进行粒子化离散，易于处理含有自由表面、多相界面、流固界面等大变形流固耦合问题。基于其优势，应用SPH方法进行系泊浮式风机水动力分析是一种新的有益尝试。在未来研究中，将进一步优化算法，基于“海路通”超算系统提升计算规模和效率，进一步推动SPH方法应用于实尺度浮式风机工程应用之中。

图 1 系泊浮式风机运动特性SPH计算和实验验证

图 2 系泊浮式风机水动力实验与SPH仿真对比图

图 3 在中山大学海洋工程与技术学院开展的浮式风机水动力实验

系泊浮式风机水动力实验与SPH数值水池仿真对比

该研究成果于2023年1月在Elsevier旗下期刊Renewable Energy发表，题目为“SPH simulation and experimental validation of the dynamic response of floating offshore wind turbines in waves”。中山大学海洋工程与技术学院2022届本科毕业生谭哲为论文第一作者，创新团队核心成员、中山大学海洋工程与技术学院孙鹏楠副教授为论文通信作者。论文作者还包括中山大学刘念念副教授、吕鸿冠博士生、法国南特中央理工大学李喆教授、浙江大学朱嵘华教授等。

该研究得到南方海洋实验室创新团队建设科研经费、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://authors.elsevier.com/c/1gWcw3QJ-dpQ17