随着海上风电技术逐渐成熟,海上风电项目成为发展绿色能源的重要组成部分。海上风电场的建设和运行维护不可避免会产生相应的环境污染问题。海上风电结构要面对海浪负荷,通常会在柱体表面喷涂海洋防腐涂料。柱体的保护涂料会在一定条件下从柱体表面脱落入海,对海洋环境造成污染。因此,研究海洋柱体结构壁面污染物的对流扩散效应对于海上风电项目污染评估及污染物防治体系的完善具有重要意义。为研究海洋柱体结构壁面污染物在尾流中的扩散效应,本文利用流体仿真方法,首先对单圆柱绕流及多圆柱绕流的动力学问题进行模拟,分析尾流流动规律。在此基础上,模拟不同条件下圆柱壁面污染物产生的浓度场,分析污染物在尾流中的对流扩散规律。最后,模拟波浪条件下圆柱的受力及壁面污染物的扩散规律。主要研究结果如下:(1)对于圆柱绕流问题,雷诺数介于3 ×105-1 × 106之间时,涡街脱落具有随机性,规律不明显。对于串列双圆柱绕流,间距比介于3-3.5之间存在一临界值,使得下游圆柱升阻力系数在此临界值前后发生突变。对于并列双圆柱,当间距比较小时,两圆柱尾流相互作用较强,涡街脱落频率较大。间距比较大时,基本可忽略两圆柱间相互影响。(2)对于单圆柱壁面污染物对流扩散问题,污染物在尾流区域的扩散与涡流场变化基本一致,受涡流影响,污染物质在流场中不易对流。低雷诺数范围内,污染物质的累积效应随雷诺数增大呈下降趋势。在实际工况中,涉及低雷诺数污染物扩散问题,可通过人为方法适当提高流速,增大雷诺数,降低污染物的聚集性。对于串列双圆柱壁面污染物对流扩散问题,间距比较小时,污染物在尾流区域前端位置横向扩散程度较小,浓度峰值较高,在后端位置横向扩散程度逐渐增加,浓度峰值逐渐减小。而间距比较大时,整体的横向扩散范围扩大。对于并列双圆柱壁面污染物对流扩散问题,当间距比较小时,可将两圆柱看作两倍宽度的椭圆,污染物扩散呈双峰结构;间距比较大时,柱体各自产生的尾流涡街相互影响越来越弱,污染物在各自尾流区域呈宽峰结构。随间距比增加,两圆柱尾流的相互影响不断减弱,污染物聚集性减弱。在涉及并列双圆柱问题时,两圆柱的间隔距离越远,污染物的扩散程度越大,越不易累积。(3)在聚焦波作用下,沿水流方向,圆柱尾流区域污染物浓度逐渐减小,横向扩散范围呈先减小后增大的趋势。当流场中有波浪因素时,污染物扩散的双峰结构不明显,说明波浪会减缓尾流涡街脱落效应,从而污染物呈单峰结构。由于聚焦波会在聚焦时间和聚焦位置突然增大的特性,波高会在此处达到峰值,柱体壁面污染物也会在聚焦位置处达到最大值。