海上風電支撐結構波浪力及基礎沖刷的三維數值模擬研究.pdf

1、近年來,許多國家都開始重視風電的開發(fā)和利用,海上風力資源約為陸地上的3～5倍,大規(guī)模發(fā)展海上風電已成為未來電力發(fā)展的必然趨勢。復雜的海洋環(huán)境會影響到海上風電結構的穩(wěn)定性,其中水流荷載、波浪荷載起著主要作用。波浪荷載直接作用在海上風機基礎結構上,同時,基礎周圍的沖刷也會導致海床對風機結構的持力作用降低,嚴重威脅風機基礎的穩(wěn)定性。本文基于Flow3D軟件建立了三維數值水池,模擬了波浪作用下海上風機基礎受力和水流作用下風機基礎周圍沖刷,對海上

2、風機基礎穩(wěn)定性進行了研究。本文的主要內容和結論如下:
　　 (1)基于計算流體動力學軟件Flow3D,建立了模擬波浪、水流與建筑物、海床之間相互作用的三維數值水池,模型采用VOF法進行自由表面追蹤,RNGκ-ε模型模擬紊流,空間變步長結構結合出流邊界進行消波處理。計算表明,模型能有效減小出流邊界的波浪反射,準確模擬三維波浪傳播。
　　 (2)模擬了極端波浪荷載工況下,風電單樁基礎和筒型基礎兩種結構所受的波浪力。波高初始值

3、為該水深處的極限波高,模擬過程中考慮了波浪淺水變形影響,增大水深的同時模型中加入了斜坡,使波浪到達建筑物附近時達到需要的波高值,實現(xiàn)了對作用在建筑物上波浪力的準確模擬。
　　 (3)基于Flow3D軟件,建立了水流作用下結構物周圍沖刷的三維數值模型。首先與文獻中沖刷物理模型試驗結果進行比較,結果表明:建立的三維數值模型能夠準確地計算出建筑物附近沖刷坑的深度,能較好地模擬出建筑物附近沖刷過程中床面的變化情況。并將所建模型應用于水流