新概念沙漏型FPSO運(yùn)動(dòng)性能優(yōu)良,具有十分廣闊的應(yīng)用前景。垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)是沙漏型FPSO運(yùn)動(dòng)性能評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),粘性阻尼對(duì)其垂蕩運(yùn)動(dòng)響應(yīng)有很大影響。本文以沙漏型FPSO的垂蕩運(yùn)動(dòng)阻尼為研究對(duì)象,通過數(shù)值模擬自由衰減垂蕩運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫垂蕩運(yùn)動(dòng),研究其垂蕩運(yùn)動(dòng)阻尼。首先,建立了一套有效可行的沙漏型FPSO垂蕩運(yùn)動(dòng)數(shù)值仿真的網(wǎng)格劃分方案和算法模型,并采用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值模型的正確性。進(jìn)一步研究了沙漏型FPSO自由衰減垂蕩運(yùn)動(dòng)的縮尺效應(yīng),結(jié)果表明,縮比模型的數(shù)值結(jié)果可以用于研究實(shí)際工程尺度的沙漏型FPSO浮體的垂蕩運(yùn)動(dòng)阻尼特性。其次,基于自由衰減運(yùn)動(dòng)研究了沙漏型FPSO外形與運(yùn)動(dòng)阻尼的關(guān)系。通過正交試驗(yàn)方法研究了水線半徑、下傾角和排水量三個(gè)外形參數(shù)及其交互作用對(duì)垂蕩自由衰減系數(shù)的影響,結(jié)果表明,各參數(shù)的交互作用對(duì)垂蕩自由衰減系數(shù)影響很小可以忽略,此外排水量、下傾角和水線半徑對(duì)垂蕩自由衰減系數(shù)的影響分別為高度顯著、顯著和較顯著。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了外形對(duì)垂蕩自由衰減系數(shù)影響的單因素分析,結(jié)果表明,垂蕩衰減系數(shù)隨著下傾角和排水量的增大而減小,且在下傾角較大和排水量較小時(shí)更為敏感,垂蕩衰減系數(shù)隨水線半徑增大而增大,但并不敏感。并通過擬合方法得到了垂蕩自由衰減系數(shù)的估算公式,可用于沙漏型FPSO的初步外形設(shè)計(jì)。最后,還研究了月池和切角對(duì)沙漏型FPSO垂蕩自由衰減系數(shù)的影響,結(jié)果表明,在本文沙漏型浮體的基礎(chǔ)上加開月池,月池對(duì)垂蕩衰減系數(shù)影響很小,對(duì)垂蕩固有周期影響較大,且固有周期隨著月池半徑的增大而增大;切角對(duì)垂蕩自由衰減系數(shù)影響較小,對(duì)固有周期影響較大,切角會(huì)使沙漏型FPSO的垂蕩固有周期變小。然后,進(jìn)行了沙漏型FPSO強(qiáng)迫垂蕩運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)值研究。通過分析不同運(yùn)動(dòng)幅值的數(shù)值結(jié)果發(fā)現(xiàn),沙漏型FPSO外形使其垂蕩輻射問題具有很強(qiáng)的非線性,且運(yùn)動(dòng)幅值越大,非線性越強(qiáng)。將基于勢流理論的輻射阻尼和由無粘CFD方法得到的阻尼進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),二者差別的主要來源是沙漏型FPSO改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)底部邊緣產(chǎn)生的漩渦及局部流場。對(duì)比無粘和有粘下的阻尼,結(jié)果表明流體粘性對(duì)阻尼的影響很小,即粘性引起的阻尼成分很小。在基于勢流理論進(jìn)行運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)時(shí),需采用強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)方法或自由衰減方法進(jìn)行阻尼修正,對(duì)此進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),由強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)方法得到的阻尼修正值隨著運(yùn)動(dòng)幅值的增大而變大;當(dāng)運(yùn)動(dòng)幅值較小時(shí),在南海10年一遇到200年一遇的惡劣臺(tái)風(fēng)海況的波浪譜峰頻率范圍內(nèi),采用小振幅強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)方法和自由衰減方法得到的阻尼修正結(jié)果基本一致,對(duì)于更大的運(yùn)動(dòng)頻率,整體上小振幅強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)方法得到的阻尼修正值小于由自由衰減方法得到的阻尼修正值。最后,采用CFD方法研究了沙漏型FPSO的wave free特性。Wave free頻率處,FPSO垂蕩運(yùn)動(dòng)輻射出的波浪十分小,等效輻射阻尼很小。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE95

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本文編號(hào)：2820869