海上風(fēng)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(fēng)電的開發(fā)和利用,海上風(fēng)力資源約為陸地上的3～5倍,大規(guī)模發(fā)展海上風(fēng)電已成為未來電力發(fā)展的必然趨勢。復(fù)雜的海洋環(huán)境會影響到海上風(fēng)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上,同時(shí),基礎(chǔ)周圍的沖刷也會導(dǎo)致海床對風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的持力作用降低,嚴(yán)重威脅風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)基礎(chǔ)受力和水流作用下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)周圍沖刷,對海上

2、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。本文的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 (1)基于計(jì)算流體動力學(xué)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(jìn)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(jìn)行消波處理。計(jì)算表明,模型能有效減小出流邊界的波浪反射,準(zhǔn)確模擬三維波浪傳播。
　　 (2)模擬了極端波浪荷載工況下,風(fēng)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(shí)模型中加入了斜坡,使波浪到達(dá)建筑物附近時(shí)達(dá)到需要的波高值,實(shí)現(xiàn)了對作用在建筑物上波浪力的準(zhǔn)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(xiàn)中沖刷物理模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表明:建立的三維數(shù)值模型能夠準(zhǔn)確地計(jì)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