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张力腿平台涡激运动响应特性研究
| 论文题名： | 张力腿平台涡激运动响应特性研究 |
| 关键词： | 张力腿平台;涡激运动;绕流特性;模型试验;计算流体动力学;动力响应 |
| 摘要： | 张力腿平台（TLP）是重要的深海油气开采设备。在一定来流条件下，TLP的立柱后缘出现周期性的交替旋涡脱落，致使立柱受到垂直于来流方向的升力和平行于来流方向的阻力作用，从而使TLP产生涡激运动。涡激运动会导致TLP产生大幅度往复位移，显著增加平台结构和系泊系统的负载。有关涡激运动响应的研究属于TLP动力响应分析中的热点和难点问题之一。 TLP在波、流等海洋环境载荷的影响下，会产生更加复杂的涡激运动特性。同时，在TLP涡激运动过程中，系泊系统会与平台主体发生复杂的耦合作用，影响平台主体的运动。因此，考虑TLP主体与系泊的耦合，分析TLP在波、流作用下的涡激运动响应特性，对于保证TLP的作业安全有着重要的意义。针对这些问题，本文以南海TLP为研究对象，对TLP涡激运动的现象和机理展开研究工作，主要内容及成果如下： 首先开展TLP绕流试验研究，关注固定模式下TLP的流体力系数和尾迹模式，利用计算流体动力学方法对TLP的绕流进行了数值模拟，验证了试验准确性。分别测量和计算了三种来流角度和多个折合速度条件下TLP升、阻力系数的变化，研究上游立柱对下游立柱尾涡形成和发展的影响，分析得到TLP的旋涡脱落频率特性。 在对TLP固定绕流特性研究的基础上，开展全尺度模拟下的TLP涡激运动水池试验，关注系泊模式下TLP的运动特性。测量和计算了均匀流作用下TLP的涡激运动位移，揭示涡激运动的锁定规律。通过数值模拟，验证了均匀流作用下，TLP在较大折合速度范围内持续发生剧烈的涡激运动。同时，对比了不同来流角度下TLP的涡激运动轨迹模式。分析了平台主体与系泊系统的耦合作用对TLP涡激运动的影响，归纳出系泊系统对平台主体多自由度运动的影响方式。 进一步的，为关注更加复杂的海洋环境载荷对TLP涡激运动的影响，开展了波流联合试验研究。分析了特殊剖面流对TLP涡激运动幅值的影响。针对一年一遇和百年一遇的海况条件，对TLP涡激运动响应进行预报，研究波浪对TLP横荡、纵荡运动幅值的影响及规律，并对系泊系统和立管的受力进行研究。 本文基于大量模型试验和数值模拟工作，归纳了TLP涡激运动响应的特点，揭示了涡激运动的发生机理，总结了涡激运动的现象与规律。本文的研究工作对我国TLP的设计与优化具有重要的工程价值和指导意义。 |
| 作者： | 李晓琛 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 杜尊峰;张则青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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