海上風力機塔架載荷CFD計算.pdf

1、海上風力機塔架載荷計算分析為其安全性和耐用性設(shè)計提供依據(jù)，是海上風力機研制過程中必不可少的環(huán)節(jié)之一。
　　波浪載荷在海上風力機塔架所受到的外力中占據(jù)重要地位，而波浪數(shù)值模擬是塔架波浪載荷準確計算的前提。本文利用Fluent軟件平臺，采用多塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，給定波浪模型，基于邊界造波法，求解非定常不可壓流體的Euler/N-S方程，結(jié)合多相流流體體積法（VOF）追蹤自由水面，實現(xiàn)了小振幅波、孤立波和二階Stokes波的數(shù)值模擬。計算分析表

2、明：孤立波的數(shù)值波浪形態(tài)在傳播過程中能夠很好保持，而小振幅波和二階Stokes波的數(shù)值波浪是一個逐漸趨于穩(wěn)定的過程。在合適條件下，均能得到與給定波浪模型相吻合的數(shù)值波浪。計算分析了時間步長、網(wǎng)格密度和粘性對數(shù)值波浪的影響：時間步長取T/550，波高范圍內(nèi)劃分20個網(wǎng)格、波浪傳播方向上網(wǎng)格密度取波長的1/50已能保證計算精度；對于主要受慣性力和重力影響的波浪問題而言，粘性影響很小。波浪幅值/水深比、波浪波長（周期）會對小振幅數(shù)值波浪產(chǎn)生影

3、響：較大的波浪幅值/水深比會引起數(shù)值波浪與給定波浪模型相差很大，只有采取相對較小的波浪幅值/水深比才能得到與給定波浪模型相吻合的數(shù)值波浪；而波長較長的小振幅波模型更利于形成穩(wěn)定的數(shù)值波浪。
　　在波浪數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，考慮塔架的影響，實現(xiàn)了只有波浪和風波聯(lián)合兩種情況下的海上風力機塔架載荷計算。只考慮波浪情況下：小尺寸塔架對波浪影響很小，計算得到的波浪載荷與Morison公式結(jié)果相吻合；隨著塔架尺寸/波長比的增大，塔架的存在對波浪產(chǎn)生