畸形波对海上风电场高承台复合桩基础及海缆敷设作用数值模拟研究

发布时间：2023-02-12 16:11

　　为了适应东南沿海部分海区的海床条件,海上风机基础常采用高桩承台群桩基础,该基础具有大尺度承台和小尺度基桩的复合结构形式,整个基础波浪载荷计算相对复杂,此时小尺度基桩上的波浪载荷准确计算需要同时考虑入射波浪和大尺度承台产生的绕射影响,论文对此展开计算研究。此外,由于极端波浪引起的波浪载荷对风电基础的威胁较大,因而计算中还考虑了畸形波的作用,同时本文还进行了实际海况下海缆敷设船舶和海缆本身的水动力计算分析工作,有关研究成果有一定的理论研究意义,并将对海上风电场的建设起到促进作用。首先,为准确计算复合结构中小尺度桩柱上的波浪载荷,并研究入射波波数、桩柱直径大小和桩柱位置等因素对小尺度桩柱波浪载荷的影响。本文基于VOF法在Fluent中构建一个大尺度桩柱和一个小尺度桩柱组合而成的复合结构物三维波浪数值模型,通过数值计算得到作用于复合结构物小尺度桩柱的入射波浪力、绕射波浪力以及总波浪力,并对比了Morison公式结果,探讨了小尺度桩柱上波浪载荷变化特性,结果表明在一定的波浪条件下,大尺度桩柱引起的波浪绕射对小尺度桩柱上的波浪载荷影响较大。其次,开展了不同类型波浪与高承台群桩基础相互作用的数值模拟...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 畸形波的研究进展
        1.2.1 畸形波的定义条件
        1.2.2 畸形波的生成机理模型
        1.2.3 畸形波的数值模拟研究进展
    1.3 海上风机基础的发展情况
        1.3.1 风机基础型式的种类及运用情况
        1.3.2 海上风机波浪载荷的研究现状
    1.4 海上风电海底电缆铺设的研究进展
        1.4.1 海底电缆铺设的铺设方法
        1.4.2 海底电缆铺设数值模拟的研究现状
    1.5 本文主要研究内容及研究思路
第二章 海上风机基础水动力荷载相关理论
    2.1 工程常用波浪理论
        2.1.1 微幅波理论
        2.1.2 生成畸形波的线性叠加法
    2.2 高承台群桩波浪力计算
        2.2.1 Morison方程
        2.2.2 考虑绕射场的Morison公式
        2.2.3 半沉圆柱体波浪力的计算方法
        2.2.4 线性叠加原理在畸形波领域的应用
    2.3 时域绕射理论
        2.3.1 绕射势的控制方程与边界条件
        2.3.2 远场边界条件的处理
    2.4 Orcaflex的理论基础
        2.4.1 海缆张力建立模型的数学基础
        2.4.2 Orcaflex水动力分析
    2.5 本章小结
第三章 绕射场中规则波对复合结构小尺度桩柱的水动力载荷分析
    3.1 Fluent中造波原理
        3.1.1 Fluent中创造波浪环境
        3.1.2 Fluent中实现消波功能
    3.2 数值模型的建立与验证
        3.2.1 数值水槽的几何模型及网格划分
        3.2.2 边界条件及求解方法
        3.2.3 模型验证
    3.3 规则波作用下小尺度桩柱波浪载荷分析
        3.3.1 入射波数对桩柱波浪力的影响
        3.3.2 上部圆柱尺寸对波浪力的影响
        3.3.3 桩柱位置对波浪力的影响
    3.4 本章小结
第四章 海上风电高承台群桩基础数值模拟分析
    4.1 物理模型试验
    4.2 数值模型建立及模型验证
    4.3 数值结果与可靠性分析
    4.4 规则波作用下群桩波浪载荷分析
    4.5 畸形波作用下群桩波浪载荷分析
    4.6 本章小结
第五章 海上发电海底电缆起始铺设数值模拟
    5.1 海缆起始铺设作业流程
    5.2 海底电缆铺设作业分析模型的建立
    5.3 不同浪流条件对起始铺设的数值模拟
        5.3.1 风电场周年波浪海流条件
        5.3.2 波浪单独作用对起始铺设的影响
        5.3.3 浪流联合作用对起始铺设的影响
    5.4 畸形波对起始铺设的影响
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
    6.3 创新点
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3741411