【摘要】：隨著海上風(fēng)電從近海向深遠海發(fā)展,海上風(fēng)電三腳架基礎(chǔ)因?qū)λ钣辛己玫倪m用性、較好的穩(wěn)定性和較低的建造成本,逐漸受到工程界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。與海上大直徑單樁基礎(chǔ)相比,海上風(fēng)電三腳架基礎(chǔ)由于立柱之間距離較近且不對稱分布,相互之間水動力干擾較強,在某些特定的入射波頻率下,立柱結(jié)構(gòu)內(nèi)部會發(fā)生近場干涉現(xiàn)象,導(dǎo)致立柱間內(nèi)部波面急劇變化,對海上三腳架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全帶來極其不利影響。目前,關(guān)于深遠海海上風(fēng)機三腳架基礎(chǔ)三立柱之間尾流相互作用機理尚未闡明,三立柱之間波浪近場干涉效應(yīng)問題亟待進一步研究,因此,本文采用物理模型和數(shù)值模擬方法開展了海上風(fēng)機三腳架基礎(chǔ)繞流流場與波浪近場干涉效應(yīng)的試驗及數(shù)值研究,主要研究工作如下:1.采用粒子圖像測速技術(shù)(PIV)和計算流體力學(xué)開源軟件OpenFOAM開展了不同雷諾數(shù)及間距條件下三角形布置三圓柱繞流物理模型試驗和三維數(shù)值模擬研究,分析了瞬時和時均渦量等值線、時均流線拓撲與時均雷諾應(yīng)力等尾流特征隨雷諾數(shù)和間距比的變化規(guī)律,探討了不同雷諾數(shù)及間距下圓柱表面壓力分布、升阻力系數(shù)等動力響應(yīng)特性。研究結(jié)果表明,隨雷諾數(shù)和間距的變化,可以將流態(tài)分為5種:P-D(存在偏斜流的單鈍體模態(tài))、P-F(存在交替偏斜流的單鈍體模態(tài))、DV(雙旋渦脫落模態(tài))、DV-TV(雙旋渦脫落和三旋渦脫落之間的過渡模態(tài))和TV(三旋渦脫落模態(tài)),而區(qū)分不同流態(tài)的臨界間距隨著雷諾數(shù)的增大而減小。隨著間距和雷諾數(shù)的增大,三圓柱尾流的三維特性逐漸增強。由于三圓柱間的尾流干擾作用,與單圓柱相比,其受力特性和旋渦脫落頻率存在明顯差異。下部串列雙圓柱的的平均升力系數(shù)始終小于上部圓柱平均升力系數(shù),而上游圓柱的平均阻力系數(shù)大于下游圓柱平均阻力系數(shù)。2.基于計算流體力學(xué)開源軟件OpenFOAM,采用質(zhì)量源項造波方法對不同間距及波浪要素下三角形布置三圓柱波浪近場干涉問題進行了三維數(shù)值模擬研究,分析了波浪傳播至三圓柱過程中近場干涉及圓柱結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)特性,揭示了波浪爬升特性及圓柱受力特性隨間距和波陡參數(shù)的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,在小間距條件下,三圓柱內(nèi)部波浪干涉作用較強,導(dǎo)致圓柱間隙的波浪傳播速度增大和傳播方向偏斜,并伴隨波浪破碎現(xiàn)象。隨著間距比的增大,三圓柱近場干涉效應(yīng)減弱。隨著波陡參數(shù)的增大,波浪的非線性作用逐漸增強,爬升比隨之增加。三圓柱的受力特性在不同間距下存在不同的變化情況,雖然下游圓柱波浪爬升較大,但并未出現(xiàn)最大的波浪力。
【圖文】：

年份邐省份逡逑圖１．１邋２０１２－２０１７年中國海上風(fēng)電裝機容量（左）和２０２０年中國海上風(fēng)電開發(fā)市局（右）逡逑受風(fēng)機安裝和電力運輸?shù)葪l件限制，目前已建成的海上風(fēng)電場大多位于近海逡逑區(qū)域（水深小于５０米），由于水深較淺，基本懫用固定式風(fēng)機基礎(chǔ)。當前海上風(fēng)逡逑

年份邐省份逡逑圖１．１邋２０１２－２０１７年中國海上風(fēng)電裝機容量（左）和２０２０年中國海上風(fēng)電開發(fā)市局（右）逡逑受風(fēng)機安裝和電力運輸?shù)葪l件限制，目前已建成的海上風(fēng)電場大多位于近海逡逑區(qū)域（水深小于５０米），，由于水深較淺，基本懫用固定式風(fēng)機基礎(chǔ)。當前海上風(fēng)逡逑Ｉ逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315;P752

【參考文獻】

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本文編號：2656796