波流联合作用下风机单桩基础复杂流场的数值模拟

摘要

本文所研究的某型3MW海上风机拥有单桩固定式的风机支承基础.该支承基础在海洋中受到波浪和流的联合作用,这些环境载荷对风机本身的运行效率以及安全性都有至关重要的影响,研究风机基础在环境载荷作用下的各项力学性能对保证风机平稳安全运行有重大意义.本文基于江苏滨海某型3MW风机项目,从数值模拟角度,结合典型的试验数据,获取该固定式单桩风机基础在不同水深、不同载荷作用下的承载特性,并与典型的试验结果进行对比,为后续的详细设计和结构改良提供一些有意义的参考数据.本文所用的求解器为上海交大万德成课题组基于开源平台OpenFOAM自主开发而来的naoe-FOAM-SJTU求解器.该求解器基于有限体积法(FVM),针对三维非定常不可压两相流RANS方程进行离散求解,可以处理任意形状多面体网格;采用流体体积函数(VOF)捕捉自由液面;使用PISO算法求解压力-速度耦合项.本次数值分析的重点集中在总载荷力、压力分布、流场分布以及单桩基础危险截面力矩.