近年来,我国大力发展对海洋资源的开发和利用,兴建了许多海上风电场,单风机装机功率和总装机功率都逐年上升,海洋风电桩基础也随之发展。然而,海洋环境复杂多变,桩基础要承受自重荷载、风荷载、波浪荷载、洋流荷载、撞击荷载等,这些荷载在海洋桩基础的服役期间都长时间存在。目前对洋流荷载这一类的流致动荷载的研究尚不完善,已有的理论也都局限于低雷诺数,很少涉及实际工程。但洋流荷载是海洋桩基础所受的主要荷载之一,准确地计算出洋流荷载的大小对桩基础的选型和设计有重要的参考价值。因此,开展超临界区高雷诺数多圆柱绕流水动力特性分析,对群桩结构在洋流荷载下的受力规律进行研究,其成果可为海洋风电群桩基础和多桩导管架基础的设计和施工提供合理可靠的依据,具有重要的理论和实际意义。根据我国杭州湾某近海风电场的工程概况,结合当地海洋水文记录资料和工程结构参数,运用有限体积法数值模拟软件FLUENT,建立了高雷诺数三圆柱和四圆柱绕流数值计算模型,取当地海域的平均洋流流速带入其中,从而对三桩导管架基础和四桩导管架基础进行水动力特性研究。通过对模型在不同间距比(S=2、3、4、8)和来流角(α=0°、30°、45°、90°)下的数值计算,得到各桩在到达稳定状态后的阻力系数和升力系数时程曲线,以及桩周流场在各关键时刻的流线分布图、涡量图,结合时程曲线的特征和对应时刻的流场情况,分析了海洋群桩效应在不同工况下的表现形式和分布规律。参考对实际工程模拟结果的分析,结合控制变量法的思想,建立了同海洋环境下的双圆柱绕流数值计算模型,并对各桩的升阻力系数时程曲线进行拟合分析,总结归纳出了高雷诺数下双圆柱绕流后桩升阻力系数拟合公式。并基于对群桩效应的分布规律和内在受力机理的分析,将群桩的受力模式分成三种:Ⅰ型Ⅱ型和Ⅲ型。通过研究主要得到了以下的结论:(1)海洋群桩效应的影响因素主要有两个:来流角α和间距比S。其中,来流角决定了前后桩的关系,间距比决定了两桩之间的影响模式。经研究发现,海洋群桩效应的存在范围为间距比0到12,当间距比大于12以后,各桩还会有相互影响,但该影响效果可以忽略不计。而对于来流角来说,整个定义域内,海洋群桩效应都有分布。(2)海洋群桩效应主要有两种作用形式,一是前桩对后桩的遮挡作用,二是桩体周围的流场扰动以及其剪切流和旋涡对其他桩的影响。当前桩位于后桩正前方一定角度的范围内,即来流角较小的时候,前桩的遮挡作用比较强,并且随来流角的增大而逐渐减弱。当间距比较小时,各桩的剪切流有直接的接触,能改变群桩的受力模式,而随着间距比的增大,旋涡的泄放逐渐成为媒介,对其他桩的受力产生影响。(3)通过对群桩效应的分布规律和内在受力机理的分析发现,群桩的受力模式可以分成三种:Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中,Ⅲ型为最常见的受力模式,即间距比较大时,各桩距离较远,只有前桩产生的旋涡泄放到后桩桩周流场时,对流场产生了扰动,从而影响了后桩的受力,遮挡作用和剪切流的作用都不明显。而Ⅱ型则是遮挡作用显著发挥作用的受力模式,该模式下后桩的来流角较小,且间距比较小。Ⅰ型为比较极限的情况,一般不会出现在工程中,该模式下间距比极小,各桩的剪切流相互连接,使群桩的受力完全不同于Ⅱ型和Ⅲ型。(4)通过对二桩圆柱绕流模型计算结果的拟合,归纳总结出了二桩圆柱绕流模型中后桩的升阻力系数拟合公式。考虑了流场背景流速、斯特劳哈尔数、桩径的影响,以间距比和来流角为主要变量,计算二桩圆柱绕流问题中后桩受到前桩影响后的升阻力系数的时域值。经验证,该公式对Ⅲ型受力模式范围内的群桩受力计算结果都相对准确,对工程设计有参考价值。