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圆筒型FPSO波浪砰击数值模拟研究
| 论文题名： | 圆筒型FPSO波浪砰击数值模拟研究 |
| 关键词： | 圆筒型FPSO;波浪砰击;流场特征;数值模拟 |
| 摘要： | 随着中国综合国力的日益增加，我国的能源消耗也是日益加深，陆地上的资源已经不能满足日益增长的能源需求，我国对于化石能源的开发也从陆地放眼到海洋之上，并逐步从浅海转向深海。极端海况下海上石油开采设备容易遭遇波浪砰击问题，严重影响人员和结构安全。波浪砰击作为造成海上石油开采设备破坏乃至倾覆的主要原因之一，自然更加成为从业人员关注的热点问题。因此，准确预报波浪砰击载荷是海上石油开采设备的重要基础。 本文主要研究了圆筒型FPSO (Floating Production Storage and Offloading)的波浪运动响应以及砰击载荷规律。本文基于计算流体力学CFD方法，分别使用了STAR-CCM+和CNT-CGCFD求解器(China Numerical Tank-Cartesian Grid Computational Fluid Dynamics，以下简称CNT-CGCFD求解器)分别创建了长波条件下的圆筒型FPSO的波浪运动响应和砰击载荷预报模型，前者基于有限体积法，使用RANS湍流模型实现预报功能;后者基于直角网格，使用LES湍流模型，利用分步法思想实现预报功能。本文主要开展的工作如下: 1)使用STAR-CCM+和CNT-CGCFD求解器分别建立了一种能够有效预报规则波长波条件下和不规则波条件下圆筒型FPSO的运动响应和砰击载荷特性的数值模型，可以精细模拟圆筒型FPSO运动响应和波浪砰击载荷问题。 2)在圆筒型FPSO规则波长波环境下的运动特性与波浪砰击的问题中，首先，采用STAR-CCM+和CNT-CGCFD求解器对数值造波问题以及固定船体的甲板上浪试验进行了网格尺寸和时间步长的收敛性分析。然后，针对规则波长波条件下的不同波长、波高条件下圆筒型FPSO进行数值模拟，得到圆筒型FPSO的升沉、纵荡、纵倾姿态以及压力测点的数值模拟数据，依据数值模拟结果分析波长、波高对圆筒型FPSO的运动姿态以及波浪砰击的影响。最后，对不同规则波环境下的圆筒型FPSO的运动响应和砰击载进行总结分析，最终拟合得到圆筒型FPSO的运动运动响应和砰击载荷的预报经验公式。 3)在圆筒型FPSO不规则波运动响应与波浪载荷的问题中，首先，采用同样方法对一百年一遇的海况进行网格和时间步长收敛性的分析。然后，对圆筒型FPSO进行三种不规则波条件下的数值模拟，得到圆筒型FPSO的升沉、纵荡、纵倾姿态以及压力测点的数值模拟数据。最后，依据数值模拟的结果统计不同海况下圆筒型FPSO的运动姿态以及波浪砰击载荷的最大值和有义值，借此分析圆筒型FPSO在不规则波条件下的运动响应和砰击载荷规律。 4)对于典型工况进行了流场特征的分析，将单个周期内的砰击压力及流场变化进行对比分析。分析不同波长和波高对圆筒型FPSO的运动响应与砰击载荷的影响，为此类船舶设计提供参考。 |
| 作者： | 李笃成 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 段文洋;韩旭亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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