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新型深海采矿平台概念设计及水动力学分析
| 论文题名： | 新型深海采矿平台概念设计及水动力学分析 |
| 关键词： | 深海采矿;海洋平台;流固耦合;水动力学 |
| 摘要： | 在深海研究领域，一个国家管辖海域范围之外的海床、洋底等称之为深海海底区域。它的面积占到地球表面积的49％，达到将近2.517亿平方公里。在其范围内，包含储量巨大的油气以及多金属结核和硫化物等资源。随着2016年《深海海底区域资源勘探开发法》的出台，深海矿区开采成为社会关注的焦点。目前“发展深海探测、大洋钻探、海底资源开发利用、海上作业保障等装备和系统、推动深海空间站、大型浮式结构开发和工程化”已经列入“十三五”规划，作为国家未来重点发展和投入的领域，因此有必要对深海矿产开采所需的大型浮式结构进行研究。目前的采矿系统水面支持平台主要为采矿船，但是随着开采深度以及矿区海洋环境的变化，采矿船呈现出越来越大的趋势，而采矿船对于采矿作业的缺陷，如能耗高、载重小、外形复杂、稳定性差等，限制了不同矿区环境深海采矿的需求。本文的主要工作是基于水动力学理论，参考已有采矿船和超大型浮式结构物的基础上，进行新型深海采矿平台的概念设计，最后考核其在水动力学特性方面的可行性。 本研究主要内容包括：⑴新型深海采矿平台的设计。考虑到深海采矿环境的恶劣性、商业开采的大规模性和未来减轻陆地环境污染等因素，基于超大浮体的概念，提出满足未来大规模海洋矿产资源开发的专用采矿平台的新概念；参考现有半潜式开采平台和目前采矿船的现状，并基于模块化的思想，初步设计了单个标准模块的尺寸和平台的整体组合方式，考虑了模块间的组合和连接方式，确定了平台的主体结构。并简单阐述了新型采矿平台的主要功能、具体作业流程等。初步给出了该新型深海采矿平台的整体概念设计方案。⑵新型采矿平台的水动力学特性研究。基于三维势流理论，对新型深海采矿平台进行频域计算，分析其不同吃水、各个浪向角下的附加质量、阻尼系数、幅值响应算子等参数，预测了采矿平台各自由度运动的危险波频；对新型深海采矿平台进行时域计算，分析其在中国深海矿区海洋环境下的响应情况，通过对其在四级和六级海况以及不同浪向角下的垂荡、横摇、纵摇等自由度方向的运动情况分析，初步验证了采矿平台主体结构在水动力学特性方面的可行性。 |
| 作者： | 夏佳伟 |
| 专业： | 一般力学与力学基础 |
| 导师： | 邓旭辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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