双向流条件下导管架基础周围流场分布的数值模拟研究

本文通过物理模型实验与大涡模拟(LES)相结合，系统研究了双向流条件下导管架基础周围流场演化规律。研究发现前排行桩的屏蔽效应可使桩间流速降低50%以上，桁架结构能有效耗散湍流能量；冲刷坑发展会削弱剪切应力并降低涡量强度，而水深增加会扩大冲刷体积但降低水平流速。该研究为海上风电基础优化设计提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究基于物理模型试验获得的双向流条件下导管架基础周围冲刷形态，采用大涡模拟(LES)方法详细分析了冲刷发展过程中的流场演化规律，并探究了不同水流强度和水深条件下的流场分布特征。主要结论如下：

初始冲刷阶段

前排行桩的流动阻碍作用导致上游水平流速减速，并伴随涡旋结构形成。桩体与上部桁架结构的相互作用使接合点处产生流向偏转，此处相对水平流速达到峰值。前排行桩的屏蔽效应使桩间流速降低50%以上，而桁架结构通过湍能耗散作用降低了后排区域的湍流强度。前排行桩脱落的涡旋向下游传播，影响后排行桩周围的流场特征。

冲刷坑发展规律

随着时间推移，冲刷坑不断加深，边界层增厚导致速度梯度减小，从而削弱剪切应力并使涡量幅值逐渐降低。水流强度增大会加速湍流耗散，导致绝对涡量幅值减小。此外，水深增加会扩大冲刷体积但降低水平流速，进而减弱近床面涡量和湍流参数。

Conclusion

研究揭示了双向流条件下导管架基础周围流场与冲刷演化的复杂相互作用机制，为海上风电基础结构的优化设计提供了重要理论支撑。