海上風電支撐結(jié)構(gòu)波浪力及基礎(chǔ)沖刷的三維數(shù)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(jié)構(gòu)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(chǔ)結(jié)構(gòu)上,同時,基礎(chǔ)周圍的沖刷也會導致海床對風機結(jié)構(gòu)的持力作用降低,嚴重威脅風機基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。本文基于Flow3D軟件建立了三維數(shù)值水池,模擬了波浪作用下海上風機基礎(chǔ)受力和水流作用下風機基礎(chǔ)周圍沖刷,對海上

2、風機基礎(chǔ)穩(wěn)定性進行了研究。本文的主要內(nèi)容和結(jié)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(shù)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(jié)構(gòu)結(jié)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(chǔ)和筒型基礎(chǔ)兩種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)物周圍沖刷的三維數(shù)值模型。首先與文獻中沖刷物理模型試驗結(jié)果進行比較,結(jié)果表明:建立的三維數(shù)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(yīng)用于水流