探討離岸風力發電機基樁在碎波作用下砰擊力及其動態響應之數值模擬及暫態分析

本研究計畫主要利用計算流體力學方法，探討非線性調變波群作用在固定式風機基樁之數值模式及資料分析方法之開發。首先，將規劃在離岸風機基樁之尺寸外型及正規化波浪調變參數改變下，碎波發生位置與時間對於波浪砰擊力及溯升高度之影響。在數值計算上，則是以CFD模式為基礎建構的全非線性RANS/VOF求解器來執行運算。在數值模型驗證上，將與波形、波浪荷載(包含慣性力、阻力及砰擊力)、溯升等實驗數據進行比較，並分析三者之間的關聯性。此外，本研究提出與「振鈴現象」伴隨而生之物理量「二次回波荷載」，是由於水體被結構體所堵塞而造成結構體後端原本淨空的水域被繞射波回填，進而在結構體後方產生局部壓力的現象。振鈴現象對應結構體振動時的自然頻率且與碎波之發生有關,故後續將分析動態力的自然頻率及碎波發生時因捲入空氣所造成的能量損耗、延遲等現象。最後，本研究將藉由經驗模態分解方法及Hilbert能譜所建構之分離程序以分析在固定式風機基樁不同位置下所量測之波浪砰擊力，並進一步將動態反應特性(包括:脈衝荷載型式、上升時間、總持續時間、結構物性質、荷載峰值後的振盪幅度和衰減率等因子)納入波浪荷載推估模式中，以提升預測精準度。