海上风力发电机桩基础波流荷载研究

论文摘要

本文分析了小直径桩柱的波浪荷载的研究现状,并在综合国外学者的研究成果的基础上,论述了有关波浪荷载相关的诸多问题;探讨了利用Morison方程计算波浪荷载的方法,讨论了影响该方程一些的因素,如速度力与惯性力系数的选定,波浪理论的选取等,针对这些影响因素,在理论上进行了实际计算,分析了不同方法的差异。依照理论计算方法,考虑了波浪与水流的相互作用,同时进行了物理模型实验,把通过理论方法计算所得数据与实验数据进行对比,验证了该计算方法的准确性,并把该计算方法应用于某海上风力发电机桩基础波流荷载的计算中。利用Morison方程计算了某海上风力发电机三桩与四桩桩基础的波流力,考虑了波浪在海流中的变化。同时通过离散涡法,计算了三桩与四桩基础的波流力,并与Morison方程计算结果比较:用离散涡法求解了不可压缩粘性流体的水平二维涡量-流函数Navier—Stokes方程,模拟了波流共存场中三桩和四桩方案下,不同桩位布置对流场的影响,研究了流场作用于桩柱和塔筒上的水动力的变化,并给出了三桩与四桩基础的布置角度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题意义及应用价值
• 1.2 本课题研究背景及主要工作
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 主要工作
• 2 波浪理论的工程应用
• 2.1 基本方程及边界条件
• 2.2 线性波理论
• 2.3 非线性波理论
• 2.3.1 Stokes波有限幅波理论
• 2.3.2 椭圆余弦波理论
• 2.3.3 流函数理论
• 2.4 随机波理论
• 2.5 各种波浪理论在工程中的应用
• 3 Morison方程
• 3.1 Morison方程的提出及其思想
• 3.1.1 基本假定
• 3.1.2 适用范围
• 3.2 使用 Morison方程面临的一些问题
• 3.3 Morison方程系数的确定
• 3.4 影响Morison方程系数的因素
• d、C_m'>3.4.1 光滑壁条件下的C_d、C_m
• d、 C_m的影响'>3.4.2 粗糙度对 C_d、 C_m的影响
• 3.5 波与流共同作用下的波浪变形
• 3.5.1 波浪与水流的共同作用
• 3.5.2 水流影响下的波浪谱变形
• 3.6 波与流共同作用下的杆件受力
• 3.6.1 规则波作用下的杆件受力
• 3.6.2 不规则波作用下的杆件受力
• 3.7 计算模型验证
• 4 海上风力发电机桩基础波流力计算
• 4.1 海洋水文资料
• 4.2 海上风力发电机三桩桩基础波流力计算
• 4.2.1 三桩桩基础波流力计算结果
• 4.2.2 三桩桩基础不规则波流力力谱计算结果
• 4.3 海上风力发电机四桩桩基础波流力计算
• 4.3.1 四桩桩基础波流力计算结果
• 4.3.2 四桩桩基础不规则波流力力谱计算结果
• 5 桩基础波流力数值模拟
• 5.1 离散涡模型原理
• 5.1.1 基本方程
• 5.1.2 物面涡元的脱落
• 5.1.3 数值模拟求解过程
• 5.2 模型验证
• 5.3 计算结果
• 5.3.1 三桩基础波流力数值模拟
• 5.3.2 四桩基础波流力数值模拟
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢