日益增长的能源需求促进了海上风电行业的发展,随着海上风电向深海领域发展,漂浮式风机已成为开发深海风能资源的首选结构。半潜式浮式风机平台是一种重要的支撑风力机系统的海洋平台,它具有稳定性好和适用水深范围广等优点,因而它受到了世界各国研究者的广泛关注且已应用于多个漂浮式海上风电场中。柱体绕流是海洋工程领域的重要问题。当流体绕过海洋平台的柱体结构时,柱体后方周期性脱落的漩涡会导致平台大幅度地往复运动,这将加剧系泊结构的疲劳损伤,降低结构的疲劳寿命。此外,柱体绕流研究涉及流动分离、漩涡脱落、柱体的受力特性、流场的信息与结构、尾流流动模式和尾流相互干扰等理论问题。特别地,与单柱式结构绕流相比,多柱式结构绕流时,柱体尾流之间的相互干扰会导致柱体的力学特性、流场的信息与结构等更复杂。因此,开展半潜式浮式风机平台绕流研究具有重要的工程意义与理论价值。为研究多柱式浮式风机平台绕流的力学特性,厘清尾流之间的干扰机理,掌握流体的速度的分布特征与演变规律以及更好地反映流场结构的运动特性,本文采用Delayed Detached Eddy Simulation(DDES)方法对半潜式浮式风机平台绕流问题进行了三维数值模拟研究,研究结果可为深入理解多柱式海洋平台结构绕流现象提供理论参考。本文的主要内容与结果如下:(1)分析了半潜式浮式风机平台在不同来流角和流速下的力学特性。结果表明,下游立柱的阻力系数平均值随流速变化而有较大波动。在30°和60°来流角下,下游立柱的升力系数均方根存在跳跃波动的现象。平台立柱后方的漩涡脱落存在三种模式。(2)研究了流场相干结构,并从相干结构层面揭示了尾流相互干扰的机理,提出了尾流干扰模式。结果表明,流场相干结构具有多尺度性,且类型多样,以流向涡和发夹涡为主。相干结构之间的相互作用是导致尾流干扰的原因。尾流干扰存在三种模式。(3)提取了流场的速度信息,全面地分析了流体的速度时均值的分布特征与演变规律,包括尾流中心平面内顺流向的速度时均值沿顺流向的分布特征与演变规律以及水平面和竖向平面内顺流向、横流向、竖向三个方向的速度时均值沿横流向的分布特征与演变规律。结果表明,尾流回流区内顺流向的速度时均值沿顺流向呈“V”形分布,且沿顺流向的变化存在三个阶段。水平面内顺流向的速度时均值沿横流向的分布形态由“V”形变成“U”形,接着经近似二次抛物线的中间形态变成“V”形,最后逐渐变成一条平缓的曲线。横流向的速度时均值沿横流向的分布形态由连续的开口方向相反的双“V”形逐渐变成一条平缓的曲线。竖向的速度时均值沿横流向的分布形态由“梯形”变成连续的双倒“V”形,最终也变成一条平缓的曲线。竖向平面内顺流向的速度时均值沿横流向的分布形态为双“V”夹“U”形,随着高度的增加,“V”形逐渐消失,最终变成“U”形。横流向的速度时均值沿横流向的分布形态为连接段连接的开口方向相反的双“V”形,随着高度的增加,连接段的长度逐渐变长。竖向的速度时均值沿横流向的变化较大,分布形态不规则,沿着高度方向没有演变规律。(4)分别对流体的顺流向、横流向、竖向的速度的一维空间相关性进行了分析,并在此基础上提出了二维空间相关性的分析方法。接着,利用该方法分别研究了某水平面内流体的顺流向、横流向、竖向的速度的二维空间相关性。结果表明,一维和二维空间相关性分析的结果均能反映出流场的特性,即流场漩涡结构在向前流动发展时保持着较高的组织性与规律性,且二维空间相关性分析的结果能更好、更直观地反映该特性。(5)通过波数能量谱分析,研究了湍流的能量随波数的变化关系。结果表明,当波数大于峰值波数时,湍流的能量随波数的变化关系符合各向同性湍流中波数能量谱的-5/3律。