本研究利用計算流體力學(Computational Fluid Dynamics CFD)的數值方法對流體力學的控制方程式進行求解與流場模擬，針對離岸風機單樁式基樁與三頻波之間的非線性波群(Non-linear Wave Group)交互作用影響來探討。利用有限體積法(Finite Volume Method FVM)做為離散求解的數值模擬，數值波浪水槽(Numerical Wave Tank NWT)中自由液面部分採用體積分率法(Volume of Fraction VOF)解決空氣與水之兩相流問題；流體與基樁壁面之黏性流問題則採用雷諾平均納維-斯托克斯方程式(RANS)搭配RNG k-ε紊流模型(RNG k-ε Turbulent Model)求解基樁受水動力作用時的暫態情形。在數值水槽模型的網格處理上，對時間步長與網格大小相對關係的庫朗數(Courant Number)進行侷限以增進模擬計算時的穩定與收斂性，因此針對自由液面交界範圍採用體積加密的方式固定其大小，同時也將無因次壁面函數(Non-Dimensional Wall Function) y^+考慮在內，對基樁壁面邊界層處增加使用邊界層網格設定(Inflation)生成六面體網格；並拘束其第一層厚度以得到更為準確的結果，藉此能夠計算出紊流邊界層內的黏性流域對基樁之影響；最後也在水槽的後方採用數值消波(Numerical Beach)的設定，讓波浪在通過基樁一段距離後進行消散以防止回波對結果造成影響。此外在波浪條件的部分，為了了解實際海況的非線性波群作用與波浪調變(Wave Modulation)所造成的影響，本文針對單樁式基樁在三種典型非線性波列之演變進行觀察探討，分別是單一頻率規則波、兩相等振幅之雙頻波、一主頻兩副頻之三頻波的不同條件下之溯升高度位置情形，並導入無因次化調變因子(δ ?)分析其與基樁周圍之溯升情形。在受力探討的部分，本研究採用除了以Morison的半經驗公式推估流體作用的水平力外，快速傅立葉轉換(Fast Fourier Transform FFT)搭配Hilbert-Huang Transform和經驗模態分解法(Empirical Mode Decomposition EMD)來進行能譜時域分析將受力得以分解出準靜態力、動態力與砰擊力(Slamming Force)，使得在波浪荷載的探討與上有較為精確的結果，也有助於日後的離岸風電海洋工程的開發風險影響評估。
The Influence of Strong Nonlinear Waves on the Mono-pile Offshore Wind Turbine Foundation during the Breaking Process
家緯, 林. (Author). 2019
學生論文: Doctoral Thesis