【海洋可再生能源专刊】| 波浪与多浮体光伏阵列相互作用的SPH模拟与试验研究

论文导读与观点概要

1. 研究目的

随着海上浮式光伏（FPV）技术的快速发展，由多个浮体单元连接而成的阵列结构在复杂波浪环境下的水动力安全性和系泊系统可靠性成为工程关注的焦点。本文旨在通过物理模型试验与数值模拟相结合的方式，深入探究波浪与多浮体光伏阵列的相互作用机制。研究重点在于利用光滑粒子流体力学（SPH）方法构建高精度数值波浪水槽，分析不同波浪条件（波高、波长）、浮体单元尺寸及阵列长度对浮体运动响应（垂荡、纵摇、纵荡）和系泊力的影响，为海上光伏阵列的优化设计提供理论依据和技术支持。

2. 研究方法

本文采用物理模型试验与SPH数值模拟双向验证的方法：

3. 主要结果

📊 运动响应规律

📉 系泊力特性

⚙️ 结构优化发现

4. 结论

💡 推广语：

这篇文章利用高精度SPH数值模拟与物理试验，揭开了海上光伏阵列“随波逐流”的秘密。研究发现，在阵列总长固定时，采用更少、更大的浮体单元能让结构更稳定，但需承受更大的系泊力。这一结论为海上光伏电站的浮体分段设计提供了关键的决策依据，是兼顾结构安全与经济性的必读研究成果。

相关图表

本文引用格式：邓龙赐, 赵西增, 罗敏, 等. 波浪与多浮体光伏阵列相互作用的SPH模拟与试验研究[J]. 海洋工程, 2026, 44(2): 190-200.  (DENG Longci, ZHAO Xizeng, LUO Min, et al. SPH simulation and experimental study on wave interaction with multi-float photovoltaic arrays[J]. The Ocean Engineering, 2026, 44(2): 190-200.  (in Chinese)）

通信作者简介：赵西增   

赵西增，博士，山东郓城人，浙江大学教授、博士生导师，港口海岸与近海工程研究所所长，求是青年学者、首届仲英青年学者；入选浙江省万人计划青年拔尖人才；获得浙江省杰出青年基金；兼任中国光伏协会海上光伏专委会联席主任委员、中国水产学会渔业工程专业委员会副主任委员和中国太平洋学会河口海岸研究与管理分会副会长；目前主要从事海上光伏、波浪与建筑物相互作用和深度学习与CFD结合等方面的研究工作；主持在研/完成国家自然科学基金课题5项，其中面上项目3项、联合重点基金1项，浙江省杰出青年基金项目1项，参与国家重点研发计划1项，发表学术论文200余篇，其中SCI/EI收录80余篇，出版学术著作2本，获海洋工程科学技术奖二等奖3项和中国港口协会技术发明奖一等奖1项，授权发明专利16项。

参考文献

1

吴亚楠， 周庆伟， 武贺， 等. 中国近海太阳能资源特征分析及储量评估［J］. 太阳能学报， 2023， 44（12）： 162-169.

WU Y N， ZHOU Q W， WU H， et al. Characteristics analysis and reserve evaluation of offshore solar energy resources in China［J］. Acta Energiae Solaris Sinica， 2023， 44（12）： 162-169. （in Chinese）

2

耿宝磊， 唐旭， 金瑞佳. 海上浮式光伏结构及其水动力问题研究展望［J］. 海洋工程， 2024， 42（3）： 190-208.

GENG B L， TANG X， JIN R J. Prospects for research on offshore floating photovoltaic structures and their hydrodynamic issues［J］. The Ocean Engineering， 2024， 42（3）： 190-208. （in Chinese）

3

WANG J， LUND P D. Review of recent offshore photovoltaics development［J］. Energies， 2022， 15（20）： 7462.

4

ONSRUD M. An experimental study on the wave-induced vertical response of an articulated multi-module floating solar island［D］. Trondheim， Norway： NTNU， 2019.

5

HUANG H， CHEN X J， JI S， et al. Experimental and numerical study on dynamic responses of floating bridge under the shielding effect of a floating platform［J］. Marine Structures， 2023， 89： 103379.

6

WU Y S， DING J， TIAN C， et al. Numerical analysis and model tests of a three-module VLFS deployed near islands and reefs［J］. Journal of Ocean Engineering and Marine Energy， 2018， 4（2）： 111-122.

7

DIAMANTOULAKI I， ANGELIDES D C. Analysis of performance of hinged floating breakwaters［J］. Engineering Structures， 2010， 32（8）： 2407-2423.

8

DIAMANTOULAKI I， ANGELIDES D C. Modeling of cable-moored floating breakwaters connected with hinges［J］. Engineering Structures， 2011， 33（5）： 1536-1552.

9

SONG J H， KIM J， LEE J， et al. Dynamic response of multiconnected floating solar panel systems with vertical cylinders［J］. Journal of Marine Science and Engineering， 2022， 10（2）： 189.

10

勾莹， 滕斌， 宁德志. 波浪与两相连浮体的相互作用［J］. 中国工程科学， 2004， 6（7）： 75-80.

GOU Y， TENG B， NING D Z. Interaction effects between wave and two connected floating bodies［J］. Engineering Science， 2004， 6（7）： 75-80. （in Chinese）

11

HE M， LIANG D F， REN B， et al. Wave interactions with multi-float structures： SPH model， experimental validation， and parametric study［J］. Coastal Engineering， 2023， 184： 104333.

12

OMIDVAR P， STANSBY P K， ROGERS B D. SPH for 3D floating bodies using variable mass particle distribution［J］. International Journal for Numerical Methods in Fluids， 2013， 72（4）： 427-452.

13

REN B， HE M， DONG P， et al. Nonlinear simulations of wave-induced motions of a freely floating body using WCSPH method［J］. Applied Ocean Research， 2015， 50： 1-12.

14

BOUSCASSE B， COLAGROSSI A， MARRONE S， et al. Nonlinear water wave interaction with floating bodies in SPH［J］. Journal of Fluids and Structures， 2013， 42： 112-129.

15

CRESPO A J C， DOMÍNGUEZ J M， ROGERS B D， et al. DualSPHysics： open-source parallel CFD solver based on smoothed particle hydrodynamics （SPH）［J］. Computer Physics Communications， 2015， 187： 204-216.

16

MARTÍNEZ-ESTÉVEZ I， DOMÍNGUEZ J M， TAGLIAFIERRO B， et al. Coupling of an SPH-based solver with a multiphysics library［J］. Computer Physics Communications， 2023， 283： 108581.

17

DOMÍNGUEZ J M， FOURTAKAS G， ALTOMARE C， et al. DualSPHysics： from fluid dynamics to multiphysics problems［J］. Computational Particle Mechanics， 2022， 9（5）： 867-895.

18

SHI Q， ZHAO D P， XUE D W， et al. Numerical modelling of the interaction between flexible net panels and fluids using SPH method［J］. Frontiers in Marine Science， 2024， 11： 1365857.

19

CANELAS R B， DOMÍNGUEZ J M， CRESPO A J C， et al. A Smooth Particle Hydrodynamics discretization for the modelling of free surface flows and rigid body dynamics［J］. International Journal for Numerical Methods in Fluids， 2015， 78（9）： 581-593.

20

MONAGHAN J J， KOS A， ISSA N. Fluid motion generated by impact［J］. Journal of Waterway， Port， Coastal， and Ocean Engineering， 2003， 129（6）： 250-259.

21

MORISON J R， JOHNSON J W， SCHAAF S A. The force exerted by surface waves on piles［J］. Journal of Petroleum Technology， 1950， 2（5）： 149-154.

22

HALL M， GOUPEE A. Validation of a lumped-mass mooring line model with DeepCwind semisubmersible model test data［J］. Ocean Engineering， 2015， 104： 590-603.