本文關(guān)鍵詞：深海半潛式平臺(tái)波浪爬升及近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究

  更多相關(guān)文章： 半潛式平臺(tái) 波浪爬升 近場(chǎng)干涉 氣隙響應(yīng) 粘流理論

【摘要】：隨著人類對(duì)石油氣的需求量不斷增加,深海石油氣資源的勘探開發(fā)技術(shù)也不斷進(jìn)步與發(fā)展,半潛式平臺(tái)在深海石油氣開采中得到廣泛的應(yīng)用。由于深海海洋環(huán)境不斷惡化,嚴(yán)重影響到工作人員正常生活以及海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全,其中平臺(tái)的氣隙性能直接關(guān)系到平臺(tái)的安全狀況,是衡量平臺(tái)安全性能的重要指標(biāo)之一,對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的意義。半潛式平臺(tái)波浪爬升、近場(chǎng)干涉以及氣隙響應(yīng)的分析研究是目前國(guó)內(nèi)外海洋工程界的前沿課題并處于起步階段,受到了海洋工程領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注和重視。本文在對(duì)計(jì)算流體力學(xué)及平臺(tái)波浪爬升、近場(chǎng)干涉和氣隙響應(yīng)理論知識(shí)深入了解的基礎(chǔ)上,采用計(jì)算流體力學(xué)軟件(FINE/Marine)開展了兩種波浪環(huán)境(規(guī)則波、不規(guī)則波),三種平臺(tái)模式(固定模式、自由模式、系泊模式)共計(jì)72個(gè)計(jì)算工況的數(shù)值模擬計(jì)算,并結(jié)合自編程后處理軟件給出了半潛式平臺(tái)波浪爬升、近場(chǎng)干涉、氣隙響應(yīng)的數(shù)值預(yù)報(bào)分析研究。具體研究工作及結(jié)論如下:較為全面地分析了不同浪向角和波浪要素(入射波高、周期)下對(duì)波浪爬升沿立柱迎浪面和四立柱周向分布規(guī)律的影響;對(duì)比分析三種平臺(tái)模式下平臺(tái)立柱波浪爬升幅度及變化規(guī)律。結(jié)果表明:波浪爬升高度隨著距立柱迎浪面距離的減小而增大,在立柱近壁面附近達(dá)到最大值,最大放大因素約為3.0,并出現(xiàn)波浪破碎和飛濺等強(qiáng)非線性現(xiàn)象;波浪爬升幅度隨迎浪面面積增大而減小,浪向角β=0°時(shí)普遍較大;四立柱周向波浪爬升呈“W”形分布;運(yùn)動(dòng)模式對(duì)波浪爬升影響較大,平臺(tái)固定模式波浪爬升效應(yīng)較為明顯,垂向三個(gè)自由度對(duì)波浪爬升起著決定性的作用。針對(duì)半潛式平臺(tái)近場(chǎng)干涉現(xiàn)象,探討了平臺(tái)立柱和下浮體間發(fā)生近場(chǎng)干涉現(xiàn)象的一些基本規(guī)律;分析了不同平臺(tái)模式、浪向角和波浪要素對(duì)四立柱間近場(chǎng)干涉影響;進(jìn)一步研究了平臺(tái)發(fā)生近場(chǎng)干涉現(xiàn)象時(shí)平臺(tái)內(nèi)場(chǎng)波面分布特征。結(jié)果表明:周期較小時(shí),入射波、反射波、繞射波與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的輻射波疊加較為頻繁,波面升高較大;四立柱內(nèi)場(chǎng)發(fā)生干涉后,波峰線出現(xiàn)彎曲,沿波浪傳播方向出現(xiàn)峰谷值不對(duì)稱現(xiàn)象;浪向角β=45°較其它浪向角近場(chǎng)干涉現(xiàn)象更為明顯;平臺(tái)系泊和自由模式比固定模式近場(chǎng)干涉引起的波面升高較大,波面分布較為復(fù)雜;波面升高極大值主要集中于迎浪面立柱前緣和后立柱內(nèi)側(cè)區(qū)域,最大波面升高可以達(dá)到入射波高的2.57倍。重點(diǎn)分析了不同浪向角和波浪要素對(duì)平臺(tái)氣隙響應(yīng)的影響規(guī)律;對(duì)比統(tǒng)計(jì)三種平臺(tái)模式下平臺(tái)下甲板相同觀測(cè)點(diǎn)的負(fù)氣隙量變化情況,定量研究系泊系統(tǒng)對(duì)半潛式平臺(tái)負(fù)氣隙量大小和分布的影響;簡(jiǎn)要分析了平臺(tái)懸鏈線張力的分布情況;詳細(xì)研究平臺(tái)非線性砰擊效應(yīng)以及不同平臺(tái)模式、浪向角、波浪要素對(duì)砰擊壓強(qiáng)大小的影響。結(jié)果表明:相同周期下,負(fù)氣隙量隨入射波高的增加而增加;當(dāng)入射波的譜峰周期與平臺(tái)的垂向三個(gè)自由度的固有周期接近時(shí),平臺(tái)運(yùn)動(dòng)較為劇烈,負(fù)氣隙量較大;相同海況下,平臺(tái)垂向約束越強(qiáng),負(fù)氣隙越大,最大負(fù)氣隙量達(dá)到8.64m;平臺(tái)迎浪面兩根懸鏈線的張力最大,最大張力達(dá)到2695.9k N;平臺(tái)出現(xiàn)負(fù)氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在立柱迎浪面附近和下甲板的邊緣處,只有在高海況下,下甲板中間區(qū)域才會(huì)出現(xiàn)負(fù)氣隙量,產(chǎn)生較大砰擊壓強(qiáng),非線性砰擊現(xiàn)象較為明顯。
【關(guān)鍵詞】：半潛式平臺(tái) 波浪爬升 近場(chǎng)干涉 氣隙響應(yīng) 粘流理論
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.38
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第1章 緒論13-22
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 波浪爬升研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 近場(chǎng)干涉研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 氣隙響應(yīng)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)20-21
• 1.3.1 主要研究?jī)?nèi)容20-21
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)21
• 1.4 本章小結(jié)21-22
• 第2章 數(shù)值模擬基本理論22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 計(jì)算流體力學(xué)原理22-23
• 2.3 CFD軟件Fine/Marine的介紹23-25
• 2.3.1 Fine/Marine軟件簡(jiǎn)介23-24
• 2.3.2 全六面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成器HEXPRESS24
• 2.3.3 不可壓粘性流場(chǎng)ISIS-CFD求解器24
• 2.3.4 后處理工具CFView24-25
• 2.4 數(shù)值計(jì)算方法25-31
• 2.4.1 基本控制方程25-27
• 2.4.2 湍流模型27-29
• 2.4.3 數(shù)值離散方法29
• 2.4.4 自由液面捕捉法29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 半潛式平臺(tái)波浪爬升數(shù)值預(yù)報(bào)分析32-66
• 3.1 引言32
• 3.2 半潛式平臺(tái)模型的建立32-41
• 3.2.1 半潛式平臺(tái)參數(shù)32-33
• 3.2.2 半潛式平臺(tái)幾何模型33-34
• 3.2.3 半潛式平臺(tái)模型網(wǎng)格劃分34-36
• 3.2.4 計(jì)算工況的設(shè)定36-38
• 3.2.5 系泊系統(tǒng)的設(shè)定38-39
• 3.2.6 波浪爬升觀測(cè)點(diǎn)的選取39-40
• 3.2.7 數(shù)值求解和邊界條件40-41
• 3.3 規(guī)則波作用下平臺(tái)波浪爬升數(shù)值預(yù)報(bào)分析41-53
• 3.3.1 平臺(tái)立柱迎浪面波浪爬升數(shù)值分析41-45
• 3.3.2 三種模式立柱迎浪面波浪爬升數(shù)值對(duì)比分析45-47
• 3.3.3 平臺(tái)四立柱周圍波浪爬升數(shù)值分析47-50
• 3.3.4 三種模式四立柱周圍波浪爬升數(shù)值對(duì)比分析50-53
• 3.4 不規(guī)則波作用下平臺(tái)波浪爬升數(shù)值預(yù)報(bào)分析53-64
• 3.4.1 平臺(tái)立柱迎浪面觀測(cè)點(diǎn)譜能數(shù)值分析54-57
• 3.4.2 三種模式立柱迎浪面觀測(cè)點(diǎn)譜能數(shù)值對(duì)比分析57-58
• 3.4.3 平臺(tái)立柱迎浪面波浪爬升“RAO”數(shù)值分析58-60
• 3.4.4 平臺(tái)四立柱周圍觀測(cè)點(diǎn)譜能數(shù)值分析60-62
• 3.4.5 三種模式四立柱周圍觀測(cè)點(diǎn)譜能數(shù)值對(duì)比分析62-64
• 3.5 本章小結(jié)64-66
• 第4章 半潛式平臺(tái)近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究66-87
• 4.1 引言66-67
• 4.2 近場(chǎng)干涉觀測(cè)點(diǎn)的選取67
• 4.3 規(guī)則波作用下平臺(tái)近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究67-77
• 4.3.1 平臺(tái)四立柱間近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究67-71
• 4.3.2 平臺(tái)四立柱間的波面分布71-77
• 4.4 不規(guī)則波作用下平臺(tái)近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究77-85
• 4.4.1 平臺(tái)四立柱間近場(chǎng)干涉效應(yīng)研究77-81
• 4.4.2 平臺(tái)四立柱間觀測(cè)點(diǎn)的譜能分布81-85
• 4.5 本章小結(jié)85-87
• 第5章 半潛式平臺(tái)氣隙響應(yīng)數(shù)值預(yù)報(bào)分析87-116
• 5.1 引言87
• 5.2 觀測(cè)點(diǎn)選取87-89
• 5.3 規(guī)則波作用下平臺(tái)氣隙響應(yīng)數(shù)值預(yù)報(bào)分析89-97
• 5.3.1 平臺(tái)立柱迎浪面氣隙數(shù)值分析90-92
• 5.3.2 三種模式立柱迎浪面氣隙數(shù)值對(duì)比分析92-93
• 5.3.3 平臺(tái)下甲板氣隙數(shù)值分析93-97
• 5.4 不規(guī)則波作用下平臺(tái)氣隙響應(yīng)數(shù)值預(yù)報(bào)分析97-104
• 5.4.1 平臺(tái)立柱迎浪面氣隙數(shù)值分析97-100
• 5.4.2 三種模式立柱迎浪面氣隙數(shù)值對(duì)比分析100
• 5.4.3 平臺(tái)下甲板氣隙數(shù)值分析100-104
• 5.5 半潛式平臺(tái)懸鏈線張力分析104-107
• 5.5.1 懸鏈線系泊系統(tǒng)理論104-106
• 5.5.2 懸鏈線張力分析106-107
• 5.6 半潛式平臺(tái)砰擊效應(yīng)研究107-114
• 5.6.1 規(guī)則波作用下平臺(tái)下甲板砰擊數(shù)值分析110-112
• 5.6.2 不規(guī)則波作用下平臺(tái)下甲板砰擊數(shù)值分析112-114
• 5.7 本章小結(jié)114-116
• 總結(jié)與展望116-119
• 本文總結(jié)116-118
• 研究展望118-119
• 參考文獻(xiàn)119-122

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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3 記者 桂雪琴;中遠(yuǎn)船務(wù)交付世界先進(jìn)深水半潛式平臺(tái)[N];中國(guó)船舶報(bào);2012年

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5 記者 劉志良;中集來福士開建第二座第七代超深水半潛式平臺(tái)[N];中國(guó)船舶報(bào);2014年

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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本文編號(hào)：738573