海上风电抗冰锥单桩基础波浪荷载数值模拟

发布时间：2024-03-05 22:41

　　在寒区海上风电工程中,抗冰锥可削弱基础结构冰荷载,但它会显著影响无冰时基础结构的波浪荷载。工程常用的Morison方程对抗冰锥单桩基础波浪荷载的计算则缺乏经验,用计算流体动力学方法模拟波浪与抗冰锥单桩基础的作用,计算其波浪荷载,与试验结果对比误差很小,验证了该方法的准确性。通过与无冰锥基础波浪荷载对比分析表明,加装抗冰锥后的基础水平波浪力、波浪力矩、竖向波浪力均显著增大,而且竖向波浪力的方向发生改变。

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【部分图文】：

图1抗冰锥单桩风机基础

抗冰锥设置在水位变动区,由正锥体和倒锥体相扣组合而成,如图1所示。根据《中国海海冰条件及应用规定》[3],我国渤海及黄海北部的海冰受气温、风及海流等环境因素的影响,冰期内海冰日际变化明显,基础结构在整个冰期内并非持续遭受海冰作用,无冰时环境荷载仍以波浪荷载为主,而抗冰锥的存在使基....

图2水槽布置图

水槽内流场网格划分如图3所示,采用六面体结构化网格离散流体域,同时在自由液面附近加密网格,保证自由液面的光顺度;为了更加精确地捕捉结构附近波面的波动情况,在实验区内结构附近使用O型网格沿径向加密网格;在水槽消波区内使用沿波浪传播方向逐渐稀疏的网格,这样既能降低网格数量也能加速波浪....

图3流场网格

图2水槽布置图数值波浪水槽整体如图4所示,水槽长为4.5倍波长,末端消波区长为1.5倍波长,水槽宽度约为抗冰锥段最大直径的10倍,整体网格数量约133万。波浪沿X轴正方向入射,从图中可以看出:该数值波浪水槽可生成稳定的波浪序列,消波区波面平坦,几乎无波动,满足上文提到的数值水槽....

图5抗冰锥段物理模型与数值模型

为了验证该数值水槽对抗冰锥单桩基础波浪荷载的计算精度,在数值水槽内放置与物理模型实验一致的抗冰锥段缩尺模型,计算其水平波浪力,并与实验结果进行对比。物理模型实验缩尺比为1∶20,如图5(a)所示,实验水深1.108m,波浪周期1.75s,波高0.365m。数值模拟模型及波浪....

本文编号：3920154