發(fā)布時(shí)間：2017-10-07 04:33

  本文關(guān)鍵詞：新型深水多立柱FDPSO渦激運(yùn)動(dòng)特性研究

  更多相關(guān)文章： 多立柱 FDPSO 渦激運(yùn)動(dòng) 模型試驗(yàn) 水動(dòng)力特性

【摘要】：隨著全球海上油氣開采的日益頻繁,海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)(VIM)受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注。本文在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上采用理論分析、數(shù)值模擬與水池模型試驗(yàn)的方法,由基礎(chǔ)到深入,對(duì)一新型深水多立柱FDPSO在不同來(lái)流方向及速度下平臺(tái)的繞流與渦激運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了較為深入的研究,分析了平臺(tái)受力情況、運(yùn)動(dòng)幅值、響應(yīng)頻譜特性與運(yùn)動(dòng)軌跡等。首先,基于CFD計(jì)算軟件FLUENT建立三維單圓柱與變截面柱數(shù)值模型,通過(guò)分離渦模擬法進(jìn)行不同流速下的單柱三維繞流數(shù)值模擬,分析兩種柱體附近流場(chǎng)特征、柱體表面壓力分布與升阻力系數(shù)的區(qū)別,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合自編程序進(jìn)行渦激運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn),在高雷諾數(shù)單柱繞流中,流場(chǎng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的三維特性,圓柱繞流的升力與阻力系數(shù)均大于變截面柱;在折合速度6~9范圍內(nèi),變截面柱與圓柱都出現(xiàn)了鎖定現(xiàn)象,與此同時(shí),變截面柱流向平衡位置隨著折合速度增加而增加;圓柱與變截面柱運(yùn)動(dòng)軌跡均出現(xiàn)典型的“8”字形;變截面柱尾渦模式在低折合速度下不明顯,在高折合速度下大概可歸納為2P模式。其次,以1:80縮尺比制作平臺(tái)縮尺模型,在上海交通大學(xué)海洋工程水池進(jìn)行模型試驗(yàn),充分考慮到系泊系統(tǒng)等對(duì)平臺(tái)主體渦激運(yùn)動(dòng)的影響,突破了現(xiàn)有渦激運(yùn)動(dòng)相關(guān)試驗(yàn)研究多在拖曳水池中簡(jiǎn)化進(jìn)行的局限。同時(shí)在單柱數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上建立FDPSO整體數(shù)值模型,進(jìn)行三維繞流與渦激運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬,對(duì)比研究FDPSO在不同來(lái)流方向及速度下平臺(tái)的繞流與渦激運(yùn)動(dòng)特性,研究表明,平臺(tái)繞流時(shí)旋渦主要集中在下游兩立柱周圍,并存在復(fù)雜的相互干擾現(xiàn)象;平臺(tái)整體升力系數(shù)頻域譜分析中出現(xiàn)多個(gè)譜峰,體現(xiàn)出復(fù)雜的三維特性;無(wú)論0°還是45°來(lái)流,平臺(tái)的平均阻力系數(shù)與升力系數(shù)均方根均保持在較為穩(wěn)定的區(qū)間;平臺(tái)的橫蕩運(yùn)動(dòng)頻率未出現(xiàn)典型“鎖定”現(xiàn)象,而是一直保持在接近固有橫蕩頻率的范圍內(nèi);在同一流向下,縱向運(yùn)動(dòng)的平衡位置與最大振幅均隨著折合速度的增加而增加;平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡未呈現(xiàn)典型的“8”字形或“香蕉”形,較低流速下橫蕩占據(jù)主導(dǎo)位置,在高流速下縱蕩運(yùn)動(dòng)也變得不可忽略。再次,在模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)浪流聯(lián)合作用下多立柱FDPSO的水動(dòng)力特性進(jìn)行研究,數(shù)值模擬采用DNV船級(jí)社的Sesam軟件。使用HydroD模塊完成水動(dòng)力特征分析,將計(jì)算數(shù)據(jù)導(dǎo)入DeepC,計(jì)算平臺(tái)主體和系泊系統(tǒng)的耦合水動(dòng)力結(jié)果,并與靜水衰減試驗(yàn)、規(guī)則波和白噪聲試驗(yàn)以及風(fēng)浪流組合工況試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,在作業(yè)和自存工況下,平臺(tái)的垂蕩、縱蕩、橫蕩等運(yùn)動(dòng)最大幅值均小于相應(yīng)規(guī)范的許用值;數(shù)值模型可靠,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FDPSO水動(dòng)力特性的預(yù)報(bào);新型FDPSO運(yùn)動(dòng)響應(yīng)性能良好,系泊系統(tǒng)布置合理。最后,總結(jié)本文主要工作與研究?jī)?nèi)容,并對(duì)此平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)的更深入研究做進(jìn)一步展望,并提出相關(guān)建議。
【關(guān)鍵詞】：多立柱 FDPSO 渦激運(yùn)動(dòng) 模型試驗(yàn) 水動(dòng)力特性
【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)】：U661.1;U674.38
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-18
• 第1章 緒論18-28
• 1.1 研究背景與意義18-21
• 1.1.1 海洋油氣資源開發(fā)現(xiàn)狀與趨勢(shì)18-19
• 1.1.2 FDPSO的發(fā)展與應(yīng)用19-21
• 1.2 渦激運(yùn)動(dòng)概念21-23
• 1.2.1 多立柱海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的提出21-22
• 1.2.2 多立柱平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)22
• 1.2.3 渦激運(yùn)動(dòng)影響因素及特征參數(shù)22-23
• 1.3 平臺(tái)柱體渦激運(yùn)動(dòng)研究進(jìn)展23-26
• 1.3.1 渦激運(yùn)動(dòng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-25
• 1.3.2 渦激運(yùn)動(dòng)研究及抑制方法25-26
• 1.4 本文主要工作與創(chuàng)新點(diǎn)26-27
• 1.5 本章小結(jié)27-28
• 第2章 渦激運(yùn)動(dòng)基本理論28-38
• 2.1 邊界層28-32
• 2.1.1 邊界層概念28-29
• 2.1.2 邊界層分離29
• 2.1.3 渦激運(yùn)動(dòng)機(jī)理29-30
• 2.1.4 繞流狀態(tài)與雷諾數(shù)30-32
• 2.2 渦激運(yùn)動(dòng)基本參數(shù)32-36
• 2.2.1 折合速度32
• 2.2.2 升力系數(shù)與阻力系數(shù)32-33
• 2.2.3 斯特羅哈數(shù)St33-34
• 2.2.4 響應(yīng)幅值34-35
• 2.2.5 質(zhì)量比與阻尼比35
• 2.2.6 其它相關(guān)參數(shù)35-36
• 2.3 柱體渦激運(yùn)動(dòng)主要特性36-37
• 2.3.1 鎖定現(xiàn)象36
• 2.3.2 振蕩柱體的尾渦脫落結(jié)構(gòu)36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 圓柱與變截面柱繞流及渦激運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究38-68
• 3.1 立柱繞流與VIM數(shù)值模擬方法38-43
• 3.1.1 有限體積法38-39
• 3.1.2 湍流模型39-40
• 3.1.3 柱體彈性系泊渦激運(yùn)動(dòng)力學(xué)方程40-41
• 3.1.4 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)41
• 3.1.5 數(shù)值計(jì)算流程41-43
• 3.2 立柱繞流與渦激運(yùn)動(dòng)三維數(shù)值模擬43-47
• 3.2.1 研究對(duì)象43-44
• 3.2.2 計(jì)算域與網(wǎng)格劃分44-46
• 3.2.3 網(wǎng)格可靠性測(cè)試46-47
• 3.3 圓柱繞流特性47-52
• 3.3.1 圓柱尾流流場(chǎng)特征47-49
• 3.3.2 圓柱尾渦結(jié)構(gòu)49
• 3.3.3 圓柱受力特征49-52
• 3.4 變截面柱繞流特性52-57
• 3.4.1 變截面柱尾流流場(chǎng)特征52-54
• 3.4.2 變截面柱尾渦結(jié)構(gòu)54
• 3.4.3 變截面柱受力特征54-57
• 3.5 圓柱與變截面柱渦激運(yùn)動(dòng)響應(yīng)57-66
• 3.5.1 圓柱幅值響應(yīng)與譜分析57-60
• 3.5.2 變截面柱幅值響應(yīng)與譜分析60-63
• 3.5.3 柱體渦激運(yùn)動(dòng)軌跡63-64
• 3.5.4 尾渦特性64-66
• 3.6 本章小結(jié)66-68
• 第4章 多立柱FDPSO渦激運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)68-98
• 4.1 平臺(tái)簡(jiǎn)介68-71
• 4.1.1 平臺(tái)主尺度68-70
• 4.1.2 系泊系統(tǒng)70
• 4.1.3 海洋環(huán)境70-71
• 4.2 模型試驗(yàn)71-80
• 4.2.1 模型試驗(yàn)布置71-72
• 4.2.2 系泊系統(tǒng)截?cái)嘣O(shè)計(jì)72-74
• 4.2.3 風(fēng)浪流的模擬74-76
• 4.2.4 測(cè)量?jī)x器76-77
• 4.2.5 試驗(yàn)工況77-80
• 4.3 三維繞流特性分析80-88
• 4.3.1 多立柱FDPSO三維數(shù)值建模80-81
• 4.3.2 平臺(tái)主體附近流場(chǎng)特征81-83
• 4.3.3 平臺(tái)表面受力特征83-84
• 4.3.4 阻力系數(shù)與升力系數(shù)84-86
• 4.3.5 尾渦結(jié)構(gòu)86-88
• 4.4 渦激運(yùn)動(dòng)特性分析88-95
• 4.4.1 橫向渦激運(yùn)動(dòng)特性的分析88-91
• 4.4.2 橫向渦激運(yùn)動(dòng)鎖定區(qū)間91-92
• 4.4.3 縱向渦激運(yùn)動(dòng)特性的分析92-94
• 4.4.4 運(yùn)動(dòng)軌跡94-95
• 4.5 尾渦特性95-96
• 4.6 本章小結(jié)96-98
• 第5章 風(fēng)浪流聯(lián)合作用下多立柱FDPSO水動(dòng)力特性研究98-118
• 5.1 水動(dòng)力計(jì)算分析原理98-99
• 5.2 多立柱FDPSO主體的水動(dòng)力特性99-103
• 5.2.1 附加質(zhì)量99-100
• 5.2.2 輻射阻尼100-101
• 5.2.3 一階波浪力101-102
• 5.2.4 平均二階漂移力102-103
• 5.3 自由衰減、規(guī)則波和白噪聲103-109
• 5.3.1 計(jì)算模型103-104
• 5.3.2 自由衰減試驗(yàn)和數(shù)值模擬104-106
• 5.3.3 規(guī)則波和白噪聲試驗(yàn)106-109
• 5.4 風(fēng)浪流組合環(huán)境條件下的平臺(tái)響應(yīng)109-116
• 5.4.1 波浪環(huán)境條件的表達(dá)109-110
• 5.4.2 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)特性110-112
• 5.4.3 張力特性112-116
• 5.5 本章小結(jié)116-118
• 第6章 總結(jié)與展望118-122
• 6.1 全文總結(jié)118-120
• 6.2 研究展望120-122
• 參考文獻(xiàn)122-125
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文125-126
• 致謝126

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 詹昊;李萬(wàn)平;方秦漢;李龍安;;不同雷諾數(shù)下圓柱繞流仿真計(jì)算[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào);2008年12期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 谷家揚(yáng);張力腿平臺(tái)復(fù)雜動(dòng)力響應(yīng)及渦激特性研究[D];上海交通大學(xué);2013年

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本文編號(hào)：986969