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深吃水半潜式平台涡激运动响应特性研究
| 论文题名： | 深吃水半潜式平台涡激运动响应特性研究 |
| 关键词： | 海洋开发船;半潜式平台;涡激运动;流体力学 |
| 摘要： | 国际能源消费持续增长,海洋油气开发如火如荼。半潜式平台由于抵抗风浪能力强、适应水深范围广、可变载荷大等优点,成为世界上应用最为广泛的大型浮式海洋油气勘探开发装备之一。然而,由于半潜式平台垂荡固有周期在20s左右,偏离主要波浪周期范围不大,所以与TLP平台和Spar平台相比,垂向运动较大,这不利于钻探作业,在一定程度上制约了它的进一步发展。增加平台吃水是改善半潜式平台的垂向运动性能有效途径之一,深吃水的半潜式平台(Deep Draft Semi-submersible, DDS)的概念应用而生,并将成为今后半潜式平台的发展趋势。半潜式平台是一种典型的多立柱浮体,在一定流速条件下立柱后方会发生漩涡脱落,导致脉动压力产生,进而引发涡激运动。深吃水半潜式平台由于立柱水下部分增加,有效激励增大,涡激运动相比于传统半潜式平台更为明显。涡激运动会影响平台锚链和刚悬链线立管的疲劳寿命,甚至会影响到正常的钻井作业,因此深吃水半潜式平台的涡激运动不容忽视。 本文将CNOOC提出的新型的四立柱四浮箱深吃水半潜式平台的设计方案作为研究对象,通过模型试验和CFD数值模拟相结合的方法对深吃水半潜式平台涡激运动响应特性进行了研究。 制作了缩尺比1:60的模型,通过拖曳试验,测量其在不同来流角度和不同来流速度下的六自由度运动,从运动时历、运动响应幅值、运动轨迹等多个角度出发,分析和研究深吃水半潜式平台涡激运动响应的关键特征和锁定范围。深吃水半潜式平台涡激运动主要为横荡和纵荡,横荡居主导地位;响应幅值不仅与来流角度有关,且随折合速度的变化呈现出一定规律;斜流时,响应幅值较大,且在一定流速范围内有明显锁定现象;迎流和横流时,响应幅值相对较小,且无明显锁定现象。取深吃水半潜式平台实验模型的四矩形立柱截面,建立二维数值模型,对半潜式平台四立柱结构在不同来流角度和来流速度下的涡激运动和静止绕流进行CFD数值模拟。涡激运动数值模拟结果与模型试验结果吻合良好,证明了本文所采用的CFD方法在模拟多立柱浮体涡激运动方面的可行性;并且根据静止绕流数值模拟结果从激励力的角度对半潜式平台涡激运动响应规律进行了解释。本研究成果可以为多立柱海洋平台的初步设计提供重要的参考依据,并对后续多立柱浮体涡激运动的研究工作有着重要的借鉴意义。因此,本文的研究工作既具有重要的工程意义,又具有很好的学术价值。 |
| 作者： | 白治宁 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 肖龙飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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