隨著海上風電技術的不斷發(fā)展,海上風機單樁基礎的應用前景越來越廣泛。然而與此同時,風機的單機容量及基礎直徑也在不斷增大,大直徑風機基礎所受到的非線性波浪荷載對系統(tǒng)結構安全的影響不容忽視;另一方面,近�；�形波、陡波等產(chǎn)生的強非線性載荷對大直徑單樁基礎及整機系統(tǒng)的作用也是工程設計所關心的重要問題。因此本課題基于CFD方法針對10 MW大型海上風機及我國復雜的東部海域海況,深入開展強非線性波對大直徑海上風機單樁基礎的作用,以期對風機系統(tǒng)的結構安全和長時間穩(wěn)定運行提供一定的參考。本文首先建立數(shù)值波浪水槽,通過加載造波程序及消波程序,進而實現(xiàn)Stokes五階波的生成。在綜合考慮計算時間和計算精度后,確定一個合適的、統(tǒng)一的網(wǎng)格劃分方案。另外,本文選擇與OC5單樁風機模型試驗的數(shù)據(jù)進行對比,進而驗證該數(shù)值水槽用于研究單樁基礎的水動力荷載問題的合理性與準確性。其次,進行Stokes五階波對10 MW單樁基礎作用的研究。詳細討論不同波陡參數(shù)kA、不同水深參數(shù)kd對單樁基礎周圍的涌高、壓力以及水平方向所受的波浪力的影響;將CFD計算得到波浪荷載與Morison方程及基于高階邊界元法的勢流理論得到的結果進行對比...

【文章頁數(shù)】：111 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 海上風機的發(fā)展
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 海上風機的數(shù)值模擬研究
        1.3.2 非線性波的數(shù)值模擬研究
    1.4 本文研究內(nèi)容與方法
2 數(shù)值波浪水池模擬研究
    2.1 理論基礎
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 波浪的數(shù)值模擬方法
        2.1.3 相似準則
    2.2 波浪理論
        2.2.1 基本方程及邊界條件
        2.2.2 線性波理論
        2.2.3 Stokes五階波理論
    2.3 數(shù)值波浪水槽的建立
        2.3.1 模型參數(shù)設置
        2.3.2 網(wǎng)格劃分方法
    2.4 結論
3 Stokes五階波對海上風機單樁基礎的作用
    3.1 數(shù)值模擬可行性驗證
    3.2 計算模型
    3.3 波陡參數(shù)的影響
        3.3.1 單樁基礎周圍涌高與波陡參數(shù)關系分析
        3.3.2 單樁基礎周圍壓力與波陡參數(shù)關系分析
        3.3.3 單樁基礎所受正向波浪總力與波陡參數(shù)關系分析
    3.4 水深參數(shù)的影響
        3.4.1 單樁基礎周圍涌高與水深參數(shù)關系分析
        3.4.2 單樁基礎周圍壓力與水深參數(shù)關系分析
        3.4.3 單樁基礎所受正向波浪總力與水深參數(shù)關系分析
    3.5 不同破冰錐結構形式的水動力荷載對比分析
    3.6 結論
4 破碎波對海上風機單樁基礎的作用
    4.1 破碎波理論
    4.2 計算模型
    4.3 崩破波對單樁風機基礎的作用
        4.3.1 破碎參數(shù)0x =0.402 下波浪荷載分析
        4.3.2 破碎參數(shù)ξ₀=0.178 下波浪荷載分析
    4.4 卷破波對單樁風機基礎的作用
        4.4.1 破碎參數(shù)ξ₀=1.000 下波浪荷載分析
        4.4.2 破碎參數(shù)ξ₀=0.594 下波浪荷載分析
        4.4.3 破碎形式由卷破波到崩破波的轉(zhuǎn)變分析
    4.5 結論
5 畸形波對海上風機單樁基礎的作用
    5.1 畸形波理論
        5.1.1 畸形波的定義
        5.1.2 畸形波的形成機理
    5.2 畸形波的數(shù)值模擬
    5.3 畸形波作用下10 MW單樁基礎的受力研究
    5.4 結論
結論
參考文獻
附錄A Stokes五階波的有關公式
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝



本文編號：4056557