【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種流體動力學實驗的，尤其涉及一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法。
技術介紹
1、針對往復流如海洋潮汐或波浪引起的水流，條件下的海上風電樁基沖刷防護，研究人員面臨著一系列挑戰。傳統的固定式結構物在海洋環境中容易受到侵蝕作用的影響，尤其是樁基周圍土壤的流失，這可能導致結構物的不穩定甚至倒塌，海底消能網作為一種可能的解決方案，旨在通過改變流場特性來減少樁基周圍的局部流速，從而減輕沖刷現象。
2、模擬是通過計算機模擬流體流動行為的一種方法，對于海上風電樁基的研究，模擬可以用來評估不同設計參數下水流的速度分布等關鍵性能指標，消能網通常由柔性的材料制成，能夠適應海床的不平整，并且可以在水流中擺動，從而消耗部分水流的能量，覆蓋在樁基周圍的關鍵區域，以減緩水流速度，防止土壤侵蝕。
3、在實際應用中，流體動力學模型需要精確地反映復雜的海洋環境條件，海底消能網必須能夠在惡劣的海洋環境下長期工作，需要具有良好的耐腐蝕性和機械強度。
4、因此，有必要對現有技術中的針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法進行改進，以解決上述問題。
技術實現思路
1、本專利技術克服了現有技術的不足，提供一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，旨在解決現有技術中防護試驗方法實現準確地模擬往復流的特性，優化消能網的設計，提高其沖刷防護效果。
2、為達到上述
3、s1、分析南黃海輻射沙脊群地理特征，收集并測定沉積物樣本，得到沉積物數據；
4、s2、基于流體動力學原理建立往復流、波浪及潮汐對樁基沖刷影響的數學模型；
5、s3、根據地理特征和沉積物數據，將消能網數據加入s2數學模型進行模擬；
6、s4、根據南黃海輻射沙脊群構建縮尺模型，進行水槽試驗；
7、s5、對模擬和水槽試驗數據進行對比，根據水槽試驗數據調整消能網孔隙大小、材料特性及與樁基的間距。
8、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s1中，南黃海輻射沙脊群地理特征包括：沙脊的分布、沙脊的形態、沙脊的規模、水流速度、水流方向及潮汐變化規律；沉積物數據包括：沉積物的粒徑分布、沉積物含量及沉積物輸運趨勢。
9、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s2中，通過navier-stokes方程作為基礎建立模型；
10、通過連續性方程描述流體質量守恒：其中，ρ為流體密度；u為流體的速度矢量，t為時間；
11、通過navier-stokes方程描述流體動量守恒：其中，p是壓力，τ是應力張量，f是外力；
12、通過能量方程描述能量守恒：其中，e是總能量，k是熱導率，t是溫度，φ是單位體積內的耗散功率。
13、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s2中的邊界條件包括：往復流體邊界條件、波浪邊界條件和潮汐邊界條件；
14、往復流體邊界條件：
15、設水流進口處為均勻流動，則在入口處設定一個固定的速度邊界條件，速度入口邊界條件：u(t)＝u0+utidalsin(ωt+φ)，u0是平均流速，utidal為潮汐引起的流速振幅，ω是角頻率，φ是相位角；
16、在水流出口處，采用自由出口邊界條件，允許流體自由流出而不會產生反射波，壓力出口邊界條件：其中n是指向邊界外法線的方向；
17、在樁基表面和其他固體邊界上，流體的速度必須等于固體的速度，無滑移條件：u|wall＝0；
18、當研究侵蝕或沉積效應時，剪應力條件：其中，τw是壁面剪應力，μ為流體的動力粘度；
19、波浪邊界條件：
20、施加波浪條件，涉及到波峰和波谷的速度和壓力分布：η(x,t)＝acos(kx-ω′t+φ)，其中，η是自由表面位移，a是波幅，k是波數，ω′是圓頻率；
21、潮汐邊界條件：
22、潮汐引起的流速和水位變化通過周期性函數表示：；其中，是水位變化，是潮汐振幅，是潮汐的角頻率，是潮汐的相位角。
23、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s3中，消能網的孔隙直徑為沉積物平均粒徑的2-5倍；消能網的孔隙結構形狀為圓形孔隙、方形孔隙和橢圓形孔隙中的一種；消能網的材料為聚酯纖維、玻璃纖維增強塑料中的一種；消能網與樁基的間距為樁基直徑的3-10倍。
24、本專利技術一個較佳實施例中，消能網的孔隙排為交錯排列，將每行孔隙相對于上一行偏移，使得每個孔隙都不直接位于上一行孔隙的正下方。
25、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s4中，根據粘性不可壓縮流體連續方程和動量方程，水流運動相似滿足重力相似與阻力相似：
26、重力相似公式為其中，u′為流速，g為重力加速度，l是特征長度；流速比尺和特征長度比尺需要滿足um為實驗的水流速，up為南黃海輻射沙脊群的水流速，lm,lp是實驗和南黃海輻射沙脊群的特征長度，下標m,p表示實驗和南黃海輻射沙脊群；
27、阻力相似公式為其中，υ是動力黏滯系數，在實驗中，需要滿足下標m,p表示實驗和南黃海輻射沙脊群；
28、水流時間比尺流量比尺
29、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s4中，水槽試驗的執行步驟包括：
30、s41、開啟水流，模擬往復流作用下的水流環境，觀察并記錄沉積物的輸運和堆積情況；
31、s42、定期檢查縮尺模型樁基和消能網的磨損狀態；
32、s43、關閉水流，停止實驗，對實驗數據進行整理和分析，比較不同消能網孔隙大小、排布以及縮尺模型樁基間距對沉積物堆積和縮尺模型樁基沖刷的影響。。
33、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s4中，實驗所需的沉積物樣本，砂含量為45-49％；粉砂含量為43-45％；粘土含量為5-8％。
34、本專利技術一個較佳實施例中，步驟s4中，水流速度為0.5-0.65m/s。
35、本專利技術解決了
技術介紹
中存在的缺陷，本專利技術具備以下有益效果：
36、(1)本專利技術針對南黃海輻射沙脊群海域的往復流特點，提出一種基于流體動力學模擬和水槽試驗的海底消能網海上風電樁基沖刷防護方法。通過理論建模、模擬和實驗驗證相結合，優化設計消能網的孔隙結構、材料特性及與樁基的間距，以有效減輕樁基沖刷侵蝕，提升消能網的耐用性和防護效果，為海上風電樁基在復雜海洋環境中的安全穩定提供技術保障。
37、(2)本專利技術通過s2步驟建立數學模型與s3步驟構建消能網物數據相結合，將流體動力學的理論原理與實際的消能網設計相結合。數學模型提供了理論支撐，而消能網物理模型則考慮了孔隙結構、材料特性及與樁基的間距等實際設計參數。這種結合使得消能網的設計更加科學合理，能夠在往復流中有效減少樁基的沖刷，提高了消能網的防護性能和本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，包括：，其特征在于；
2.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S1中，南黃海輻射沙脊群地理特征包括：沙脊的分布、沙脊的形態、沙脊的規模、水流速度、水流方向及潮汐變化規律；沉積物數據包括：沉積物的粒徑分布、沉積物含量及沉積物輸運趨勢。
3.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S2中，通過Navier-Stokes方程作為基礎建立模型；
4.根據權利要求3所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S2中的邊界條件包括：往復流體邊界條件、波浪邊界條件和潮汐邊界條件；
5.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S3中，消能網的孔隙直徑為沉積物平均粒徑的2-5倍；消能網的孔隙結
6.根據權利要求5所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：消能網的孔隙排為交錯排列，將每行孔隙相對于上一行偏移，使得每個孔隙都不直接位于上一行孔隙的正下方。
7.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S4中，根據粘性不可壓縮流體連續方程和動量方程，水流運動相似滿足重力相似與阻力相似：
8.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S4中，水槽試驗的執行步驟包括：
9.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S4中，實驗所需的沉積物樣本，砂含量為45-49％；粉砂含量為43-45％；粘土含量為5-8％。
10.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟S4中，水流速度為0.5-0.65m/s。
...【技術特征摘要】
1.一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，包括：，其特征在于；
2.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟s1中，南黃海輻射沙脊群地理特征包括：沙脊的分布、沙脊的形態、沙脊的規模、水流速度、水流方向及潮汐變化規律；沉積物數據包括：沉積物的粒徑分布、沉積物含量及沉積物輸運趨勢。
3.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟s2中，通過navier-stokes方程作為基礎建立模型；
4.根據權利要求3所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟s2中的邊界條件包括：往復流體邊界條件、波浪邊界條件和潮汐邊界條件；
5.根據權利要求1所述的一種針對于往復流的基于流體動力學模擬的海底消能網海上風電樁基沖刷防護試驗方法，其特征在于：步驟s3中，消能網的孔隙直徑為沉積物平均粒徑的2-5倍；消能網的孔隙結構形狀為圓形孔隙、方形孔隙和橢圓形孔隙中的一種；消能網的材料為聚酯纖維、玻璃纖...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡皓，王乃瑞，陳可鋒，孫捷，施俊佼，王艷紅，嚴祺慧，曾成杰，秦雪妮，曲舒然，張天怡，陸培東，羅霆宇，
申請(專利權)人：華能如東八仙角海上風力發電有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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