面向海上风电基础冲刷病害的仿生防护装置研发及水动力特性分析

Abstract

海上风电单桩基础长期受潮流、波浪耦合作用，桩周海床易发生局部冲刷，引发基础裸露、承载力下降、结构振动加剧等病害，严重威胁风电机组安全稳定运行。针对传统抛石、硬质护圈等防护技术存在的适配性差、易破损、扰动海洋生态等缺陷，本文依托海洋生物消能护底机理，研发一种柔性复合仿生防护装置。通过借鉴海草柔性消能、根系固沙的生物特性，完成装置整体结构、单元模块与锚固系统的优化设计，结合 CFD 数值模拟方法，系统分析不同水流工况下装置周边流场结构、流速分布、涡量演化及床面剪切应力变化规律，揭示其水动力防护机理。研究结果表明：该仿生防护装置可有效削弱桩前下潜流与桩周马蹄涡强度，降低近底水流流速与床面剪切应力，最大冲刷抑制率可达 82.3%；相较于传统刚性防护结构，柔性仿生结构可自适应水流变形，水流阻力小、生态扰动低，适配复杂海洋动力环境。本研究可为海上风电基础冲刷病害的绿色高效防控提供新型技术方案与理论支撑。

Keywords

• 海上风力；单桩基础；冲刷病害；仿生防护；水动力特性；数值模拟

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