潮间带风电场水动力数值模拟
单台风电机组尾流流场模拟
单台风电机组尾流流场模拟李品;王东升;崔岩松【摘要】基于CFD的数值模拟的方法,利用Fluent软件对单台风电机组的尾流流场进行数值模拟,得出尾流区中风速的分布规律,并对模拟结果进行分析.根据Larsen尾流模型,计算得到尾流区风速分布,并将二者结果进行相互验证.结果表明,二者计算结果相符,该方法可为风电场微观选址,合理布置风电机组减少尾流效应不利影响提供参考,并得到Larsen尾流模型的适用条件.【期刊名称】《东方汽轮机》【年(卷),期】2018(000)004【总页数】5页(P51-55)【关键词】风力涡轮机;尾流流场;CFD数值模拟;微观选址【作者】李品;王东升;崔岩松【作者单位】河北建投新能源有限公司,河北石家庄,050000;东方电气自动控制工程有限公司,四川德阳,618000;河北建投新能源有限公司,河北石家庄,050000【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言在风电场中，风经过旋转的风轮后会发生速度大小和方向的变化，这种对初始空气来流的影响称之为风力机的尾流效应。
尾流导致气流中附加风剪切和湍流强度，这会影响下游风力发电机组的疲劳载荷和结构性能等因素，减少风力机的输出功率，进而影响整个风电场的总输出功率。
因此，开展风电机组尾流场的研究对于合理布置风力发电机组，减少风力发电机组间尾流干扰，进而提高整个风电场的发电效率有着重要意义。
国内外许多专家学者对风电机组的尾流效应开展了广泛研究，一类是尾流模型研究方法，这些模型是由学者提出的简化尾流模型，然后利用实验数据检验模型并且进行修正。
比如WAsP采用的Park模型、Ainslie提出的涡粘性尾流模型、Larsen 尾流模型、 Jensen模型、 AV（AeroViroment）尾流模型等等。
其中Larsen模型是基于旋转对称湍流边界层公式的渐进表达式的半解析尾流模型，尾流区边界非线性并且某一点的风速除了与风力机后距离有关还与距离中线的距离有关，更加符合实际，在欧洲风电机组项目标准中被推荐使用。
FVCOM在长江口水动力数值模拟中的应用
FVCOM在长江口水动力数值模拟中的应用李春良;倪晓雯;梅国永【摘要】本文以“大江河口湿地演变退化的评价体系”项目为背景,应用FVCOM 潮流及形态动力学模型建立长江口三维潮流数值计算模型,建立了包括长江口、杭州湾及邻近海域大范围的三维潮流数值模型,基于Linux平台下的并行计算使得变尺度大范围河口地区的模拟效率得到了很大的提高.运用实测潮位、流速、流向对模型的相似性进行验证,计算验证结果与实测值比较吻合,模拟流场能够比较好的反映长江口地区往复流场和口外区域顺时针旋转流特征,可以用于长江口潮流的进一步研究.【期刊名称】《港工技术》【年(卷),期】2016(053)003【总页数】5页(P1-5)【关键词】长江河口区;潮流界;三维;数值模拟【作者】李春良;倪晓雯;梅国永【作者单位】山东省交通规划设计院,山东济南250031;山东省建筑科学研究院,山东济南250031;山东省建筑科学研究院,山东济南250031【正文语种】中文【中图分类】TV148+.51.1 概况长江口是长江在东海入海口的一段水域，属于较为典型的潮汐河口，潮区界位于安徽省铜陵市和芜湖市之间，距离长江河口约640 km，潮流界在江苏省江阴市以下，长度约240 km。
按照河口地区潮流潮汐特征，通常把上自安徽省铜陵市大通镇，下至水下三角洲地区前缘（约东经123°）的河段称为河口区［1］。
在徐六经以下，由于科氏力的作用，落潮流偏向南、涨潮流偏向北的现象较为明显，长江在崇明岛西侧被分为南支和北支，在吴淞口以下南支又被长兴岛和横沙岛分为两支，即南港和北港，南港又因为九段沙的分割分为南槽和北槽，河槽自西往东呈现较有规律的分叉。
最终南、北支，南、北港，南、北槽呈三级分汊、四口入海的格局［2］（图1）。
1.2 潮汐与潮流长江河口地区属于不正规浅海半日潮，潮汐现象主要受外海的潮流潮波影响，潮汐日不等现象较为显著［2］。
潮波进入长江河口地区后，受到岸滩、河底河床抬高和上游径流等因素的影响，潮波在上游的变形要大于下游，上游潮位要高于下游，上游潮差要小于下游，越往上游涨潮历时逐步缩短，落潮历时相应逐步延长［3］。
江苏入海河道河口治导线研究
江苏入海河道河口治导线研究毛桂囡;龚政;赵立梅;阚桂生【摘要】为了指导江苏河口滩涂资源合理开发,加强江苏入海河口管理,维持江苏入海河流挡潮闸闸下港道排水能力,采用遥感卫片以及GIS(地理信息系统)分析、水动力数值模拟、泥沙水力特性试验等方法分析了闸下港道变化情势、河口滩涂对闸下港道淤积影响、归槽落潮滩涂保护范围和港道整治工程范围,并在分析结果的基础上,确定了河口治导线划定原则.应用结果表明,河口治导线划定原则可用于沿海滩涂开发利用建设项目,并可指导江苏沿海可持续开发利用和保护.【期刊名称】《河海大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(038)004【总页数】5页(P462-466)【关键词】江苏沿海;入海河道;河口;治导线【作者】毛桂囡;龚政;赵立梅;阚桂生【作者单位】江苏省水利厅规划计划处,江苏,南京,210029;河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏,南京,210098;江苏省水利厅规划计划处,江苏,南京,210029;江苏省水利厅规划计划处,江苏,南京,210029【正文语种】中文【中图分类】TV856江苏沿海地区较大的入海河流有60多条,形成了流域、区域及垦区排水的工程体系.为了挡潮御卤、排涝蓄淡等,江苏沿海修建了许多挡潮闸[1],但建闸后闸下河道普遍发生了淤积,严重影响江苏腹部及沿海地区的排洪排涝能力.随着沿海大部分滩涂的不断淤长和人工围垦[10],闸下港道长度和摆幅增大,淤积趋势加剧.张文渊等[2-9]对江苏沿海闸下港道淤积成因、保港对策等问题进行了分析研究,研究成果对港道治理具有现实指导意义.为了指导河口滩涂资源合理开发,加强入海河口管理,维持闸下港道排水能力,笔者对江苏沿海30个主要河口治导线进行了研究.本文主要介绍河口治导线研究的技术路线和方法、成果及其应用情况.1 技术路线和方法a.江苏入海河口众多,按照重点研究与一般研究相结合的技术路线,以河口重要程度、河口淤积情势等为指标,将研究河口分为重点研究河口、一般研究河口和其他河口3类.其中,重点研究河口有8个,分别为射阳河口、新洋港口、斗龙港口、王港口、川东港口、梁垛河口、小洋口和大洋港口.在江苏海岸类型及冲淤特性分析的基础上,按照入海河口是否设闸控制、闸下港道长度以及海岸稳定性等条件,从重点研究河口中选取分别代表西洋河道型港道、西洋滩槽型港道和烂沙洋滩槽型港道的射阳河、王港和小洋口3个典型河口进行定性分析和定量研究,通过研究提出各类典型河口的治导线划定原则,并将其推延至其他重点研究河口.b.通过遥感图片、港道地形、港道断面监测等资料,分析闸下港道海岸盐沼滩以下段的自然演变特性.针对川东港、小洋口和王港等大面积围垦的岸滩,采用岸滩现场沉积剖面调查、历史测图和历史遥感等对比分析手段,分析滩涂围垦对沿海岸滩及入海河口的影响,并对近期重点研究河口的闸下港道淤积程度进行评价.基于遥感和GIS技术,从河口纳潮流域概念出发,提出河口纳潮汇水区历史外边线、河口现状主体汇水区边线、口外主槽演变外边线,并将其作为划定河口治导线的参考线.c.以平面二维水动力数值模拟为手段,与3个典型河口相对应,建立西洋滩槽型闸下港道、烂沙洋滩槽型闸下港道和西洋河道型闸下港道3个概化模型;复演不同历史围垦方案的水动力条件,分析历史围垦对闸下港道的影响;经水动力数值模拟、泥沙水力特性试验以及淤泥质海岸航道和港池淤积计算[11],分析不同治导线方案的纳潮能力、断面落潮水量以及泥沙回淤强度,提出3个典型河口治导线划定原则.一般研究河口和其他河口,可依照其河口类型,按同类典型河口治导线划定原则实施,并根据各河口实际情况进行适当调整.d.在确定河口治导线划定原则的基础上,提出各主要河口治导线研究成果,并结合江苏沿海防洪除涝规划等,提出港道整治的参考意见.2 主要内容和成果以王港为例,说明西洋滩槽型港道治导线研究的主要内容和成果.2.1 滩涂围垦与闸下港道淤积关系分析江苏入海河道闸下港道演变既受到上下游水动力条件的作用,又受到两岸滩涂围垦及其他相关涉水工程建设等人类活动的影响,因此,需从闸下港道的自然演变特性和人类活动影响2个方面探讨闸下港道的演变规律,特别是近年来闸下港道两岸的滩涂围垦是值得重点关注的人为影响因素.王港多年遥感卫片比较以及沉积学和遥感分析结果表明:岸外滩涂围垦与岸滩淤长、闸下港道淤积相互促进.处于淤积型海岸的入海河口,海岸自然淤长和闸下港道的自然淤积为岸外滩涂围垦创造了条件;同时,随着岸外滩涂围垦规模的增大,岸滩淤长加剧,口外港道淤浅、缩窄加剧.2.2 治导线参考线划定河口潮棱体容积是衡量河口纳潮能力的重要指标.在落潮后期,纳潮流域的退潮水(主要为薄层滩面水,厚度10～15cm)[12]逐步沿潮水沟系统向海汇流,形成所谓落潮滩面归槽水.由于落潮滩面归槽水流集中,流速快,水流动力轴线沉底,有利于冲刷侵蚀滩面,形成潮水沟系统,并可将滩面泥沙通过潮水沟系统向海输送.因此,维持滩面潮水沟系统不减少、保证河口纳潮流域的完整性是保持河口稳定的前提,河口纳潮流域两侧边界线即为河口滩面控制区域的边界线.由于河口纳潮流域的空间位置、形态特征等随着河口水沙条件的变化(包括河口自然演变、河口滩面匡围等人类活动引发的河口水沙条件的急剧变化)而变化,因此,河口治导线划定需综合考虑河口纳潮流域的自然演变和人类活动的影响.本研究基于RS技术,以现状河口流域边界为基础,重点考虑20世纪90年代以来河口流域边界的演变区域及人类活动引起的港道干槽的变化,提出各河口段的纳潮汇水区历史外边线、河口现状主体汇水区边线、口外主槽演变外边线,以这3条线作为确定河口滩面控制区域的重要参考和基本依据.纳潮汇水区历史外边线,指1991年以来未受人工干扰的河口纳潮流域边界线的外包线;河口现状主体汇水区边线,指1991年以来河口纳潮流域边界线的内切线;口外主槽演变外边线,指1991年以来河口干槽演变区的外包线.王港采用1992年、1998年和2005年的高分辨遥感图像,基于遥感解译技术研究得到的河口治导线参考线见图1.图1 王港治导线参考线Fig.1 Reference regulation linein Wanggang channel 2.3 治导线方案的定量分析以代表西洋滩槽型港道的王港典型河口为例,建立了定量分析治导线方案的平面二维水动力数学模型.根据《江苏省沿海滩涂围垦规划(2005—2015年)》的起围高程,将河口平均大潮高潮位至平均高潮位之间的滩面作为河口治导线方案的定量研究区域.采用大、中、小3层网格嵌套技术,实现东中国海、江苏辐射沙脊群海域及王港闸下港道平面二维水动力场的精细模拟.东中国海潮波数学模型(大模型),精确模拟了辐射沙脊群海域的潮流场特征;包含辐射沙脊群海域的中模型可以提供王港闸下港道模型的外海边界条件;网格尺寸为10m量级的王港闸下港道模型可以精细模拟港道内的水动力特征.王港闸下港道水动力数学模型计算范围见图2.具体计算域为:上段为两岸有堤防控制的闸下港道;下段开口水域为具有落潮滩面的闸下港道,开边界为西洋水域;南北水边界根据遥感影像定性分析中确定的纳潮汇水区历史外边线确定.小模型网格尺度为20m×10m.闸下港道上段(有堤防控制段),底高程-1.6m(废黄河基面,下同),底宽40m,边坡1∶3,滩面高程2～2.6m;闸下港道中、下段底高程-2.5m,底宽60m,边坡1∶3.5,潮间带滩面平均坡降0.02%.根据河口滩面匡围的范围,设计了5组治导线计算方案(图2).其中:现状方案(现状围垦堤线)代表不对现有闸下滩涂进行围垦;P90方案代表将大潮平均高潮线以上的滩涂进行围垦;P45方案代表与闸下港道成45°夹角对高滩进行围垦;P30方案代表与闸下港道成30°夹角对高滩进行围垦;P00方案代表围垦堤线平行于闸下港道堤线,对平均大潮高潮线与平均高潮线之间的滩地全部进行围垦.为了分析上述不同治导线方案对闸下港道纳潮能力的影响,沿闸下港道至港道口门处选取1号～4号共4个点,统计各点水位和流速变化情况.断面落潮水量是维持闸下港道的主要指标,断面落潮水量越大,港道稳定性越好,因此,选取S1～S4共4个典型断面(图2),统计各断面落潮水量变化情况.另外,根据JTJ213—98《海港水文规范》附录N中推荐的淤泥质海岸航道和港池的淤积计算公式,研究了P00,P30,P45和P90方案1号～4号采样点相对于现状方案的年回淤强度.不同治导线方案对于闸下港道纳潮能力、归槽落潮水量及年回淤强度影响的计算结果表明:现状方案港道的纳潮能力最大,P30,P45和P90方案总体接近,从高到低依次为P90,P45和P30方案,P00方案纳潮能力最小;现状方案归槽落潮水量最大,P90方案次之,P30和P45方案基本相当,P45方案略大,P00方案最小;P90方案相对于现状方案回淤强度不大,P30和P45方案比较接近,略大于P90方案,P00方案回淤强度最大.综合考虑沿海滩涂资源开发需求推荐的王港治导线控制方案为:在大潮平均高潮位线与平均高潮位线之间,按照30°～45°的海向发散角实施治导线控制.图2 王港闸下港道水动力数学模型计算范围及方案Fig.2 Computational domain and schemes of hydrodynamic numerical model for downstream Wanggang channel3 成果应用a.本研究成果已被江苏水行政主管部门作为加强水利管理的技术参考依据,并成功地指导了王港港南匡围和闸下港道裁弯取直工程、射阳河口匡围工程等沿海滩涂开发利用建设项目的有关行政审批工作,有效地维护了这些入海河道的防洪排涝能力,在保障地区防洪安全的同时保障了相关开发建设的顺利进行.b.王港规划匡围区位于2000年形成的大丰市港南垦区外侧,王港闸下游北岸至大丰港南侧,控制点位为0001,0002,0022,0009,0010,0011,0012,0013,0014,0015,0016,0017,0018,0001 (图 3).围堤主要由北堤、东堤和南堤3段组成,总围垦面积为27km2.由于拟匡围区切断了王港原有闸下港道,匡围方案提出自王港顺直段向北拐弯处(A点)向海实施裁弯取直工程作为补偿措施,裁弯线路为ACDEFG,裁弯港道两侧建设港堤.根据治导线划定原则,治导线控制的发散角在图3中为与裁弯港道AC段夹角为45°的控制线A—0021及A—0023.考虑到港道向北拐弯段左侧受垦区的束限无摆动空间,而右侧在大潮平均高潮位下有一定的归槽滩面,存在一定的摆动空间,因此,实际的匡围控制堤线根据治导线划定原则进行了一定的调整,以尽量保持闸下港道在大潮平均高潮位下的归槽滩面.以原匡围方案的西南角(点0010)为起点,治导线与基本水平的港道中心线成45°交角向海延伸,至与原匡围方案的交点,该两点间的连线即为南堤线.从匡围区东南角防御风暴潮等灾害的安全性考虑,南堤线与东堤线用圆弧段进行连接,最后推荐的南堤线走向为0010→0021→0022.与原匡围方案相比,减围面积为2.4km2.根据港道南侧划定的治导线,需退垦还滩的范围为A—0023与港道轴线、垦区东堤所包围的区域,面积为2.5km2.图3 王港治导线与滩涂匡围情况Fig.3 Wanggang regulation line and reclamation of shoalsc.射阳河口港南垦区原围垦方案堤线靠近射阳河口水边线,为了保护河口,维护、恢复射阳河、黄沙港等排水功能,也为了给今后河口整治留有空间,依据本研究成果,迎河侧堤线调整后退.d.在规划应用方面,中国工程院组织编写的《江苏沿海地区产业综合开发战略研究报告》和水利部组织编制的《江苏沿海地区区域发展水利专项规划》都采用了本研究的基本结论.本研究的基本结论将对江苏沿海地区经济社会的可持续发展起到重要的支撑作用,对实施沿海开发战略、在河口地区进行开发建设具有重要的保障作用.4 结语本研究基于遥感技术定性分析方法,从宏观上确定了河口治导线控制的最小和最大范围;在水动力和泥沙回淤定量计算中,以此为外海研究边界,通过纳潮量、断面落潮水量和回淤强度的计算比较,提出了治导线划定原则.河口治导线的确定既与河口地貌形态密切相关,还受到附近区域围垦工程等的影响.江苏入海河道的形态具有变化快的特点,且附近区域围垦工程还将继续,因此,河口治导线需滚动式修正.参考文献:【相关文献】[1]江苏省海岸带和海涂资源综合考察队.江苏省海岸带和海涂资源综合调查报告[R].北京:海洋出版社,1986.[2]张文渊.苏北沿海挡潮闸下淤积的原因及其对策[J].泥沙研究,2000(1):73-76.(ZHANG Wen-yuan.Siltation and its control in downstream tidal gates in North of JiangsuProvince[J].Journal of Sediment Research,2000(1):73-76.(in Chinese))[3]陈静.射阳河口挡潮闸闸下淤积分析与治理开发研究[D].南京:南京水利科学研究院,2006.[4]黄建维,张金善.我国河口挡潮闸闸下淤积综合治理技术[J].泥沙研究,2004(3):46-53.(HUANG Jian-wei,ZHANG Jin-shan.Regulation techniques of sediment siltation downstream tidal barriers in China[J].Journal of Sediment Research,2004(3):46-53.(in 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江苏辐射沙洲潮间带风电场对海洋水动力场的影响分析
ＱＩＣ ａ ｇ ｕ ． ＡＯ ｃ ｅ ， ｈ ｎ Ｊ ｎ ＬＩ Ｑｉｈ ｎ’ ＤＯＮＧ ａ ｐｉｇ ＹＡＮＧ ｕ ｎ ＬＩＪ ｘｕ ｎ （ ． ｓ ｈ ｎ ｙ ｒ ｅｅ ｔｉ ｎ ｅｔ— Ｈ ｏ ｎ ， Ｊ ａ ， ｉ ａ ． １ Ｅａ ｔＣ ｉ ａ Ｈ ｄ ｏ ｌｃｒｃＩ ｖ ｓｉ
摘 要 为 了分析潮问带风电场对海洋水 动力 条件 的影 响， 建立和验证 了江苏辐射沙洲潮间带风 电场工程二维潮 流数 学模型 ，
根 据 风 电 场 区 的 地 形 条件 对 模 型 范 围及 网格 划 分 进 行 了探 讨 ， 析 风 电 场 实 施 前 后 水 动 力 条 件 的 变 化 。 结果 表 明 ： 型 计 算 值 与 实 分 模
ｃ ｎ ｉ ｕ ａ ｉｎ ｗａ ｉｃ ｓ ｅ ａ ｅ ｏ ｈ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｆｗｉｄ ｆ ｒ ， ｎ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｏ ｄ ｔ ｎ ｒ ｏ ｏ ｆ ｒ ｔ ｓｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｂ ｓ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ａｎ ｃ ｎ ｉｉ ｓ ｏ ｎ ａ ｍ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｃ ｎ ｉｉ ｓ ｗｅ ｅ ｃ ｍ— ｇ ｏ ｏ ｏ ｐ ｒ ｄ ｂ ｆ ｒ ｎ ｆ ｅ ｎ ａ ｍ ｏ ｓｒ ｃ ｉｎ Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｌｓｗａ ｅ ｙ ｓ ｒ — ａ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｄ ａ ｔｒ ｗｉ ｄ ｆ ｒ ｃ ｎ ｔ ｕ ｔｏ ． ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｅ ｕ ｔ ｓｖ ｒ ａ 带风 电 场对 海 洋 水 动 力场 的 影 响 分 析
江苏辐射沙洲潮 问带风 电场对海洋水动力 场 的 影 响 分 析 ’
祁 昌军 廖 琦琛 董 浩平 杨 娟 李 继选。
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟
沿海工程中的波浪与海浪数值模拟近年来，沿海工程的建设如火如荼，随之而来的是对波浪与海浪的数值模拟需求逐渐增加。
波浪与海浪数值模拟是指通过数值方法对海洋中波浪与海浪的变化进行模拟和预测，旨在为沿海工程的规划、设计和施工提供科学依据。
本文将简要介绍沿海工程中的波浪与海浪数值模拟的方法和应用。
波浪与海浪的数值模拟主要通过计算流体力学方法来实现。
其中最常用的方法是雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)和傅里叶波谱方法。
RANS方法基于连续方程和雷诺应力方程，通过求解这些方程来模拟波浪和海浪的行为。
傅里叶波谱方法则是通过将波浪与海浪分解为一系列正弦波来进行模拟。
这些方法在研究波浪传播、波浪反射、波浪干涉以及波浪对结构物的作用等方面具有重要意义。
在沿海工程中的具体应用方面，波浪与海浪的数值模拟可以用于确定海域的波浪条件，为工程设计提供基础数据。
通过模拟不同海况下的波浪变化，可以评估工程结构物的稳定性和安全性。
例如，当设计海上风电场时，需要考虑到不同风况下的波浪变化对风机和输电线路的影响。
此时，数值模拟可以帮助工程师预测海上波浪的变化情况，为风电场的布局和设计提供参考。
另外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于预测海洋灾害，提前做好灾害防护准备。
例如，在台风来临前，通过对海浪的数值模拟可以预测台风引起的海浪高度和波浪周期，为沿海地区的防护工程和灾害应对提供重要依据。
这在沿海地区的防患于未然上具有重要意义。
此外，波浪与海浪的数值模拟还可以用于优化沿海工程结构物的设计。
通过对波浪在结构物上的作用进行模拟，可以评估结构物的稳定性、耐波性能以及对波浪的反射和干涉情况。
这为工程师提供了宝贵的信息，可以优化设计方案，提高工程结构物的安全性和可靠性。
同时，在实际的波浪与海浪数值模拟中，还需要考虑一些特殊因素。
例如，海底地形、海流和潮汐等因素都会对波浪的传播和变化产生影响。
因此，在模拟中需要考虑这些因素的综合影响，提高模拟结果的准确性和可靠性。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究水动力特性的重要手段。
OpenFOAM作为一种开源的CFD软件包，在处理复杂流体流动问题，尤其是两相流模型试验的水动力特性模拟方面，展现出强大的能力。
本文旨在基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型的水动力特性进行数值研究，分析流动过程及现象，并为类似的两相流模拟提供理论支持和实验依据。
二、背景及研究意义在水利工程、环境科学、海洋工程等领域中，挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。
然而，传统的实验方法往往受到实验条件、设备精度等因素的限制，难以全面、准确地描述复杂的流动过程和现象。
因此，基于数值模拟的方法显得尤为重要。
OpenFOAM作为一款强大的CFD软件包，可以有效地模拟挑流水气两相流的流动过程，揭示水动力特性的本质。
三、研究方法本研究采用OpenFOAM软件包进行数值模拟。
首先，根据挑流水气两相流的特点，建立合适的物理模型和数学模型。
其次，通过OpenFOAM的求解器进行数值计算，包括网格生成、边界条件设定、物理参数设置等步骤。
最后，对计算结果进行后处理和分析，得出水动力特性的相关结论。
四、数值模拟结果与分析1. 流动过程分析通过OpenFOAM的数值模拟，我们可以清晰地看到挑流水气两相流的流动过程。
在流动过程中，气体和液体相互影响，形成复杂的气液界面。
随着水流的速度和方向的变化，气液界面的形态也随之发生变化。
这些变化对水动力特性有着重要的影响。
2. 水动力特性分析在数值模拟中，我们关注了挑流水气两相流的水动力特性，如流速分布、压力分布、涡旋等。
通过分析这些特性，我们可以得出挑流水气两相流的流动规律和特点。
例如，流速分布的不均匀性会导致局部压力的变化，进而影响整个流动过程。
涡旋的存在则会对流场的稳定性产生影响。
五、结论与讨论本研究基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行了数值研究。
波流作用下海上固定式风机基础的水动力性能数值模拟
波流作用下海上固定式风机基础的水动力性能数值模拟刘正浩;万德成【摘要】海上风机基础长期受到海流、波浪等环境荷载的交互作用,作业难度较大,研究风机基础的水动力特性可为其设计及应用提供重要参考.文中基于自主研发的船舶与海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对一座固定式高桩承台风机基础在波流作用下的水动力参数进行数值模拟,研究了波浪与海流联合作用时,该风机基础在不同水深、不同波高条件下的受力、表面压力以及波面爬升现象,并与上海交通大学海洋工程国家重点实验室的模型试验结果进行比较,计算结果显示naoe-FOAM-SJTU求解器可以很好地模拟波流联合作用下风机基础的水动力特性.%Since wind turbine foundation is always under interaction of current, waves and other environmental loads,analysis of hydrodynamic performance is of great importance for its design and application.In this paper, a self-developed CFD solver named naoe-FOAM-SJTU is adopted to numerically simulate the hydrodynamic per-formance of a pile wind turbine foundation under the interaction of wave-current combinations.The forces and the flow field of the pile wind turbine foundation under different water depths and wave heights are presented and an -alyzed.The results compared with model test results show the naoe-FOAM-SJTU solver is applicable and reliable in the study of hydrodynamic performance of wind turbine foundation.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)005【总页数】7页(P555-560,566)【关键词】高桩承台风机基础;波流作用;naoe-FOAM-SJTU求解器;水动力性能【作者】刘正浩;万德成【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室,上海200240;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海200240【正文语种】中文【中图分类】O35近年来,海上风力发电逐渐成为全球风电产业发展的新方向.目前,商业化的海上风力发电场主要应用于浅水区域(水深小于30 m),并且多采用固定式基座．在海洋工程领域,高桩承台风机基础由于具有抗弯强度高、施工周期短、适应性强、成本相对较低等特点而得到广泛应用．高桩承台风机基础一般是由群桩和连接桩顶的承台组成,其所受波浪和海流载荷对风机基础的安全性及使用寿命有着重要影响,因此,研究高桩承台风机基础的水动力特性对于工程应用具有重要意义．目前,研究海上固定式风机基础水动力特性的方法主要有实地监测、模型试验、理论分析和CFD模拟等．实地监测所测得的数据比较可靠,可以作为检验依据,但其通常是针对已有风机基础,对新型风机基础的设计与应用指导意义不大．模型试验一般是在海洋工程水池中进行的,通过采用造波机、循环造流系统、水深调节等系统研究风机基础在波流作用下的水动力响应．文献[1]通过实验分析了纯波及波流共同作用时,风机基础惯性力系数和拖曳力系数的变化规律．文献[2-3]对东海大桥桩基结构的波流力进行了模型试验研究,分析了不同水深下不规则波与均匀流共同作用于小尺度单桩以及群桩的水动力特征．文献[4]针对不规则波中高桩承台进行了物理模型试验,较为系统地分析了此风机基础的群桩水动力特性,并研究了桩柱波浪力变化规律．理论分析在风机基础水动力特性研究中也有重要应用.文献[5]利用时域高阶边界元法研究了波流与结构物的相互作用问题．文献[6]基于线性势流理论和Morison公式,研究了规则波中典型桩基承台结构的波浪力计算问题,并分析了承台对桩基波浪力的影响,以及水深、桩柱相对中心距离对承台效应系数的影响．然而,随着研究不断地深入,理论分析方法受到了很大的限制,而模型试验也需要较高的成本．近年来,随着计算机技术的快速发展,CFD技术由于成本较低,并且可以得到较为详细的流场信息等优点,被广泛用于海上风力机固定式基座的水动力学性能分析．文献[7]在开源软件OpenFOAM的基础上,利用VOF(Volume of Fluid)自由面处理技术研究了破碎波和垂向的波浪载荷对固定式海上风力机基座的影响．文献[8]利用自主开发的naoe-FOAM-SJTU软件分别研究了规则波和孤立波对东海大桥风机基础的水动力特性的影响．文中采用自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器对一座固定式高桩承台基础在波流作用下的水动力性能进行数值模拟分析,研究波浪与海流同向工况下,该风机基础在不同水深、不同波高下的受力、流场信息及波面爬升现象,并与现有模型试验结果进行对比分析．1.1 流体控制方程对于非定常、不可压的黏性流体,采用流动的控制方程为RANS(Reynolds-averaged navier-Stokes)方程:式中：U和Ug分别为流场速度和网格节点速度；pd=p-ρg·x为流场动压力,p是总压力,ρ是流体密度；μeff=ρ(v-vt)为动力黏性系数；fσ为表面张力,只在界面处起作用,在非界面处为零；fs是数值造波中消波区的源项,仅对消波区有效．1.2 naoe-FOAM-SJTU求解器naoe-FOAM-SJTU求解器[9]是基于开源平台OpenFOAM自主开发的船舶与海洋工程CFD求解器．该求解器包含数值造波与消波模块、六自由度运动模块和动态变形网格模块等,通过求解流场和结构物六自由度运动方程,实现对船舶或者海洋工程结构物[10-15]水动力性能的有效预报．naoe-FOAM-SJTU求解器中自由面的处理采用了OpenFOAM中自带的VOF 法．在对自由面的处理过程中,需要引入体积分数α,用来表示网格内流体占有体积与整个网格体积的比重．α=0表示该网格内没有流体,0<α<1表示自由面,α=1表示该网格单元被流体充满．自由面边界的法向方向通过α函数的梯度来表示,所以网格的α函数值及其梯度值共同决定了网格单元中自由面的位置．naoe-FOAM-SJTU求解器可以实现推板造波、摇板造波、速度入口边界造波,用于处理不同的水动力问题．因为文中需要同时考虑波和流的情况,因此采用速度入口边界造波．速度入口边界造波方法通过在入口边界上设置波面位置和流体速度实现造波．由于文中研究的是浅水工况下风机基础水动力性能,浅水工况需要考虑波浪破碎、砰击等复杂非线性问题,所以一般采用高阶波浪理论,根据波浪参数之间的关系(波浪色散关系),选取斯托克斯五阶波[5]作为数值计算的波浪模型．为了避免波浪反射对计算精度的影响,需要在出口边界前设置海绵层阻尼消波区,通过在动量方程中增加一个源项fs=-ρμs(U-Ucorr)，使在特定区域内的自由波面逐渐消弱至水平面,从而避免在出口边界处形成反射．文中采用的消波阻尼源项为:式中：x0为消波区的起始位置；Ls为消波区长度;αs为人工粘性系数;Ucorr为修正系数,主要进行质量修正,保证计算过程中的质量守恒．naoe-FOAM-SJTU求解器采用可以处理任意多面体结构网格的有限体积法(FVM)离散控制方程,通过调用k-ω SST、k-ε等湍流模式来封闭湍流方程;在求解过程中采用PISO算法实现速度场和压力场的耦合求解．2.1 模型及计算网格选取一座高桩承台风机基础作为研究对象,高桩承台结构主要由塔架、承台和8根桩柱组成．承台高程28 m,直径14.5 m,桩柱直径1.2 m,在承台半径R=4.3 m的圆周上均匀分布,斜度为6 ∶1．采用ProE软件进行建模,模型的缩尺比为1 ∶30,模型如图1．网格的划分是利用OpenFOAM自带的snappyHexMesh工具实现的,首先运用PointWise软件绘制背景网格,再利用snappyHexMesh工具划分平台表面的网格．计算域大小为:-5 m<x<20 m,-7.5 m<y<7.5 m,-h<z<5 m,h是水深,计算域如图2．数值水池左侧入口为入射波浪以及均匀流边界,右侧选取一段作为海绵消波区,用来抵消出口处的波浪反射,风机基础表面采用无滑移固壁条件．划分网格时对自由液面以及风机基础表面部分进行局部细化,以便精确捕捉自由液面和处理基础表面边界层内速度等物理量的剧烈变化．一个波高范围内的网格数量大于20个,边界层第一层网格厚度约为0.003 m,模型表面y+控制在50左右．整个网格量大约为200万,不同水深情况下网格数量略有变化,图3为计算整体网格、风机基础附近局部网格以及风机基础表面网格．2.2 计算工况对高桩承台风机基础模型在波流同向载荷下进行了数值模拟,计算了实际尺度为25.96、21.9和17.61 m 3种典型水深下风机基础的水动力特性,对应的模型尺度水深分别为0.991、0.856和0.713 m．还模拟了25.96 m水深下,波高分别为8.7和6.37 m时,波浪对风机基础的影响,对应的模型尺度波高为0.29和0.212 m．模型尺度水流大小均0.316 m/s．工况具体参数如表1．在分析固定式风机基础在波流联合作用下的水动力性能时,除了分析风机基础整体受力外,还需要对风机基础上危险点位置的表面压力进行探测,物理实验和数值模拟都在风机基础模型表面设置了15个压力测试点,这些压力探测点都相对固定在风机基础上,其位置如图4．3.1 数值计算结果验证为验证数值模拟的可靠性,首先选取典型工况的数值模拟结果与模型试验结果进行比较．图5为工况5(即水深0.991 m,流速0.316 m/s,波高0.29 m)下风机基础x方向受力以及典型位置压力测试点的数值模拟与模型试验结果的对比．从图中可以看出,高桩承台风机基础在x方向受力及局部压力测试点的计算结果与实验结果吻合较好,文中CFD方法预报的x方向受力最大值与模型试验结果一致,从图中还可以看出,模型试验在受力最小值附近出现了小峰值,文中CFD方法也预报出了这个峰值变化．从图5(b)～(d)中可以看出,对于典型位置压力的探测,计算结果与模型试验结果也可以很好地吻合,这说明文中CFD方法可以很好地预报风机基础各位置的砰击压力．图6为波峰时刻风机基础周围波面情况的数值模拟及模型试验结果．从图中可以看出,文中CFD方法可以很好地模拟波流作用下风机基础周围自由液面变化情况,此刻,数值模拟的风机基础周围的波浪爬高的最大位置与模型试验的波浪爬高最大位置是相近的．由于风机基础对波浪的反射作用,波浪发生了明显的破碎现象,通过与模型试验的对比,可以看到,文中CFD方法可以较为精确地捕捉波浪破碎现象,同时可以准确地预报波浪爬升的最大位置．这也验证了计算结果的可靠性与准确性．3.2 水深对高桩承台水动力特性的影响高桩承台风机基础受力在结构分析中十分重要,基础主要受海流载荷与波浪载荷的力．图7(a)为高桩承台风机基础在不同水深下的受力情况的时历曲线．从图中可以看出,不同水深条件下风机基础所受到的x方向的正向力差别很小,因此,在浅水条件下,水深对风机基础的正向受力影响并不大,但是风机基础在x方向负向受力差别较大,且水深越深,风机基础所受到的负向力越大．由于浅水效应的影响,3种水深条件下,风机基础在x方向所受的正向力都比负向力大得多．当水深为0.991 m时,风机基础在x方向所受的力在波峰处的最大值是波谷处的最小值绝对值的3.6倍左右．上文提到,在进行数值计算时,风机基础表面布置了15个压力探测点．图7(b)～(d)展示了不同水深条件下,3个典型位置(P1、P3、P11)的压力探测点的砰击压力情况．从图中可以看出,不同位置的压力探测点都受到了周期性的脉冲压力,并且不同位置的压力值也不相同,测压点的压力由下而上逐渐减小．对于最高位置的P3压力探测点,可以发现,在3种水深条件下都出现了周期性压力为零的情况,说明期间P3压力探测点在水面以上,并且水深越浅,P3压力探测点在水面以上的时间越长．从P1、P3、P11 3个压力探测点的砰击压力时历曲线还可以看出,水深越深,压力探测点的砰击压力越大．3.3 波高对高桩承台水动力特性的影响图8(a)为水深0.991 m时,不同波高条件下风机基础的受力情况．从图中可以看出,波高的改变对风机基础受到的x方向的正向力影响较大,波高较大的入射波对风机基础的所受正向力也更大．从图中还可以看出,波高的改变对风机基础受到的x方向的负向力影响并不大,这两个波高条件下,x方向的负向力几乎相等．图8(b)～(d)为不同波高条件下,3个典型位置(P1、P3、P11)压力探测点的砰击压力情况．不同位置的压力探测点都受到了周期性的脉冲压力,波高越大,压力探测点所受的砰击压力越大．3.4 波浪爬高与表面压力图9、10分别为波高为0.29 m和0.212 m条件下，一个波浪周期内4个不同时刻风机基础表面压力及自由面图．从图中可以观察到在两个波高条件下,风机基础都发生了上浪现象,并且波高越大,上浪现象越明显．由于风机基础对波浪存在反射作用,在图9、10中均可以观察到明显的波浪破碎现象,并且波高越大,波浪破碎现象越严重,这也说明,波高越大,风机基础对波浪的反射作用越明显．从图中还可以看到,某些时刻承台会在水面之上,此时P3压力探测点测得的压力为零,这与图7中观察的结果一致．从图9、10中还可以观察到一个周期内不同时刻风机基础表面压力变化情况．从图中可以看出,在一个周期内,风机基础表面压力与其被水淹没状态有关,当波峰到达风机基础表面时,风机基础的表面压力最大,当水脱离承台时,风机基础会受到一个负冲击压力的作用．文中基于自主开发的船舶与海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了一座固定式高桩承台风机基础在波流作用下的水动力特性．首先将典型工况的数值模拟结果与模型试验结果进行了对比分析,可以发现文中数值模拟采用的naoe-FOAM-SJTU求解器能有效地模拟高桩承台风机基础在波流作用下的载荷情况,并可以精确地捕捉风机基础周围的波浪爬升、破碎以及周围流场信息．其次,在波浪与海流同向的条件下,研究了该风机基础在0.991、0.856和0.713 m 3种典型水深条件下的受力和流场信息等,研究发现,3种水深对该风机基础水平方向的受力影响不大,但是对砰击压力的影响很大,水深越深,风机基础受到的砰击压力越大．通过研究同一水深,不同波高条件下风机基础的受力、表面压力等,可以发现,波高的改变对风机基础的受力等影响都很大,并且波高越大,观察到的波浪破碎现象越严重,这也说明,波高越大,风机基础对波浪的反射作用越明显．文中计算结果展示了naoe-FOAM-SJTU求解器可以很好地模拟波流联合作用下风机基础的水动力特性,并提供一些有工程应用参考价值的分析结论．*通信作者：万德成(1967—), 男, 教授, 研究方向为船舶水动力学.E-mail:**************.cn【相关文献】[ 1 ] VENUGOPAL V, VARYANI K S, WESTLAKE P C. 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Experimental studies on hydrodynamic loads on piles and slab of Donghai Bridge-Part II: HYdrodynamic forces on pile array and slab in wave-current combinations[J]. Journal of Hydrodynamics：A，2005, 20(3): 332-339. DOI:10.3969/j.issn.1000-4874.2005.03.009.(in Chinese)[ 4 ] 雷欣欣, 孙大鹏, 徐雪蛟, 等. 作用在高桩承台上的不规则波波浪力试验研究[J]. 水道港口, 2013, 34(4): 277-284. DOI:10.3969/j.issn.1005-8443.2013.04.001.LEI Xinxin, SUN Dapeng, XU Xuejiao, et al. Experimental study of irregular wave force loads on high rise pile platform[J]. Journal of Waterway and Harbor, 2013, 34(4): 277-284. DOI:10.3969/j.issn.1005-8443.2013.04.001.(in Chinese)[ 5 ] 刘珍, 滕斌, 宁德志, 等. 波流与结构物相互作用的数值模拟[J]. 计算力学学报, 2010, 27(1): 82-87.LIU Zhen, TENG Bin, NING Dezhi, et al. Time-domain simulation of the wave-current action on 3D bodies[J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2010, 27(1): 82-87.(in Chinese)[ 6 ] 姚文伟, 刘桦. 规则波中圆形承台对桩基波浪力的影响[J]. 力学季刊, 2009, 30(3): 357-362. YAO Wenwei, LIU Hua. 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海上风电基础ANSYS数值模拟
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２１ ０ ０年 ８月
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借 助 大型 有 限元分 析 软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ ，采 用 ｉ 和 Ｐ ｎ法 — Ｙ曲线 法及 接触 单 元法 进 行 了桩 土相 互 作用 数值 模
特 点 ，研 究 了大 直 径 单 桩 基 础 桩 土 作 用 机 理 ，为
此 类 基 础 形 式 的设 计 和施 工 提 供 了理 论 依 据 和 有 益 参考 。
桩基 础 已在 欧洲 各 国得 到 了 广 泛 的 应 用 。单 桩 基 础 除要 承受 自身 以及 风 电机 组 、设 备 等 的重 量 外 ，
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潮间带风电场水动力数值模拟白志刚1，裴丽1，阳磊2（1.天津大学建筑工程学院，天津300072；2.广东省航运规划设计院，广东广州510010）摘要：为研究江苏省某地滨海潮间带风电场工程对所在海域波浪、潮流的影响，通过ADCIRC 潮流模型和SWAN 风浪模型模拟风、浪、流的耦合作用，建立滨海潮间带风电场的水动力数学模型，计算结果表明：该数学模型能较客观地反映当地水流和波浪场的基本情况，对在该区域建设滨海风电场具有重要的参考意义。
关键词：潮间带；ADCIRC 潮流模型；SWAN 风浪；水动力数学模型；耦合作用中图分类号：P748；P731.2；TV139.25文献标志码：A文章编号：1004-9592（2012）03-0001-04Hydrodynamic Numerical Simulation for Wind Farm in Intertidal ZoneBai Zhigang 1，Pei Li 1，Yang Lei 2（1.School of Civil Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072，China ；2.Guangdong ProvincePlanning and Design Institute for Water Transportation ，Guangzhou Guangdong 510010，China ）Abstract ：In order to define how the wave and tidal current of the engineering sea area are influenced by the wind power station constructed in some coastal intertidal zone of Jiangsu province ，ADCIRC tidal current model and SWAN stormy wave model are applied to simulate the coupling interaction among wind ，wave ，and current ，establish hydrodynamic mathematical model for the wind farm in coastal intertidal zone.The calculation result shows that the model objectively reflects current and wave field on site ，which will provide significant references for constructing wind power farm.Key words ：intertidal zone ；ADCIRC tidal current model ；SWAN stormy wave ；hydrodynamic mathematical model ；coupling interaction收稿日期：2011-10-13作者简介：白志刚（1966-），男，教授，主要从事港口、海岸及近海工程领域的教学和科研工作。
港工技术Port Engineering Technology第49卷第3期2012年6月总第206期Vol.49No.3Jun.2012Total 2061水动力数学模型1.1ADCIRC 潮流数学模型在近岸浅水区风浪形成的过程中，风吹流、风增水等现象比较明显，与之相伴的是近岸波浪的变形与破碎，在波浪入射角较大的情况下，波浪辐射应力对流场也有着关键影响[1]。
因此，本研究采用可以考虑表面风应力和波浪辐射应力影响的ADCIRC 潮流数学模型。
在直角坐标系下二维ADCIRC 潮流数学模型可表示为沿水深积分的时均连续方程和动量方程[2]，其表达式为坠ζ坠t +坠U ·H 坠x +坠V ·H 坠y=0；（1）坠ζ坠t +U 坠U 坠x +V 坠U 坠y -fV=-坠坠x [p s ρ0+g ·ξ-g （η+γ）]+τs x ρ0H -τb x ρ0H+D x -B x ；（2）坠V 坠t +U 坠V 坠x +V 坠V 坠y -f U =-坠坠y [p s ρ0+g ·ξ-g （η+γ）]+τs y ρ0H -τb y ρ0H+D x -B y，（3）其中U 、V 分别代表沿横、纵轴方向的平均流速；x 、y 为横、纵轴的坐标；t 为时间；f 为柯氏力系数；ζ为海拔高度；H 为总水深；p s 为表面大气压；B x 和B y 为斜压梯度项；ρ0为海水密度；τsx 和τsy 为表面切应力（如风应力、波浪辐射应力）；D x 和D y 为扩散项；τbx 和τby 为底部摩擦力；g 为重力加速度；（η+γ）表示牛顿潮、地球潮等的作用。
港工技术第49卷1.2SWAN风浪数学模型近岸泥沙的输移通常与风浪过程密切相关，准确模拟风浪过程是合理模拟泥沙输移的基础。
近年来的工程实践中已越来越多地应用第3代浅水波浪预报模型，本研究采用SWAN风浪模型模拟工程海域的波浪。
SWAN模型在表示随机波时采用二维动谱密度，而非二维能谱密度，这是由于在流场中通常能谱密度不守恒，而动谱密度守恒，即能谱密度E（σ，θ）与相对频率σ之比守恒[3]。
在直角坐标系下，其控制方程（动谱平衡方程）可以表示为坠N 坠t +坠C x N坠x+坠C y N坠y+坠CσN坠σ+坠CθN坠θ=Sσ，（4）其中θ为波向（谱分量中垂直于波峰线的方向）；σ为波浪的相对频率，即在随水流运动的坐标系中观测到的频率；Cσ、Cθ分别为在σ、θ空间的波浪传播速度；C x、C y分别为x、y方向的波浪传播速度。
求解式（4）不仅可以得到风浪从生成、成长直至风后衰减的全过程，还可在给定边界波浪要素时描述近岸波浪的传播和浅水变形。
1.3风、浪、流的耦合数学模型事实上风、浪、流的作用往往相互关联，风场决定波浪场，表面风场对近岸区流场的影响更大，通常近岸区的风增水和风生流现象非常明显。
同时，水深变化也影响着近岸区的波浪场，水深决定最大波高，相对波高大到一定程度时波浪会发生破碎，波浪浅水变形产生的波浪辐射应力会引起近岸区流场的改变，从而导致波生流和沿岸流。
因此，充分考虑风、浪、流的耦合作用对水动力模拟尤为重要[4]。
在ADCIRC潮流模型计算中，可通过引入表面应力项反映海面风场对潮流的影响，该模型可提供多种风场导入模式。
本研究通过给定各节点风速时间序列的ADCIRC潮流模型来模拟风增水、风生流以及风场与潮流场的耦合作用，同时将波浪辐射应力视为对波浪浅水变形的概化，并将其代入ADCIRC潮流计算模型的表面应力项τsx和τsy中，以体现波浪对潮流的影响。
计算所需的波浪辐射应力可取自SWAN风浪模型的计算结果，其中x方向的辐射应力F x=-（坠S xx/坠x+坠S xy/坠y）；y方向的辐射应力F y=-（坠S yx/坠x+坠S yy/坠y）；表示波浪辐射应力的张量S xx=ρ·g·乙（n·cos2θ+n+0.5）E dσdθ；S xy=S yx=ρ·g·乙n·sinθ·cosθ·E dσdθ；S y y=ρ·g·乙（n·sin2θ+n-0.5）E dσdθ。
其中h为水深；k为波浪个数；波能传递率n=0.5+k·h/ sinh（2k·h）；单位面积水柱在单波周期内的波能平均值E=ρ·g·H2/8。
近岸区的水深和水体流速均随潮汐的涨落而变化，水深决定最大波高，其对波浪的传播与变形的影响不可忽略。
在SWAN风浪模型的非定常计算模式中，通过给定各节点处水深和流速的时间序列以计入流场对波浪场的影响[5]。
本研究采用ADCIRC潮流模型为SWAN风浪模型提供潮位和流场的边界条件，模拟潮流场对波浪场的影响，从而实现对近岸区风场、流场和波浪场耦合作用的模拟。
2水动力数学模型的验证首先，要对ADCIRC潮流模型进行全潮验证，主要的验证项目包括大、中、小潮的潮位、流速和流向；在此基础上验证考虑风、浪、流耦合作用下的SWAN风浪模型，验证项目包括有效波高和平均周期，验证时采用3个测点，其中1#、2#测点为潮位测站，3#测点为波高测点。
模型验证的计算网格和测点布置，见图1。
根据工程区域附近实测大、中、小潮的流速数据和潮流的流速、流向数据，分别对1#和2#测点的潮位过程和流场进行验证，大潮过程中潮位、流速、流向的实测值与计算值的对比，见图2。
由图2中的数据对比可知，本研究建立的ADCIRC模型能够较好地反映工程附近海域的潮流运动规律。
为充分反映真实的海况，在SWAN风浪模型的计算中考虑流场的影响，引入已经得到验证的ADCIRC模型计算结果。
风浪模型的验证时间为2009-09-03日08时—2009-09-05日08时，3#测点有效波高和平均周期的实测值与计算值的对比，见图3。
由图3中数据的比较结果可知，耦合了风场和流场影响的SWAN模型能较好地反映工程海域风浪的演变过程。
3拟建风电场附近的潮流数值模拟拟建风电场位于江苏省大丰市东沙海域的滨海潮间带，潮流数学模型采用大、小模型嵌套的方法，图1模型验证的计算网格和测点布置2··第3期白志刚，等：潮间带风电场水动力数值模拟大模型的外海开边界为-50m 等深线附近，小模型主要包括风电场工程区及附近区域，由大模型为小模型提供边界条件以供解耦计算。
为准确模拟风塔基桩对潮流的影响，加密风塔基桩附近的局部网格，并在模型中将桩基按实际尺寸进行概化。
大模型的网格节点数为18456个，单元数为36314个；小模型网格节点数为18387个，单元数为36214个。
大、小模型的相对位置和风塔基桩附近的局部加密网格，见图4。
由于工程区的地势较高，只有在接近高潮位时水流才能完全漫过，在潮位较低时潮滩沙脊出露，工程区所有桩基基础都露出水面。
数值模拟计算结果图4大、小模型的相对位置和风塔基桩附近的局部加密网格图2大潮过程中潮位、流速、流向的实测值与计算值的对比潮位/m潮位/m1#测点图3有效波高和平均周期的实测值与计算值的对比有效波高H s /m平均周期/s时间/h时间/h流速/（m ·s -1）1#测点流向/（°）流向/（°）流速/（m ·s -1）2#测点时间/h时间/h1#测点时间/h2#测点时间/h时间/h 2#测点时间/h3··港工技术第49卷显示，风电场工程建设前、后涨（落）急时刻的潮流场基本一致，可见风机的桩基础基本未改变工程区域附近的流场特征，风塔基桩对潮流场的影响相对较小。