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考虑月池内流体时深海Spar平台的垂荡阻尼特性研究
| 论文题名： | 考虑月池内流体时深海Spar平台的垂荡阻尼特性研究 |
| 关键词： | 粘滞阻尼;月池流体;网格划分;质量流率 |
| 摘要： | Spar平台的中央井，从下到上贯穿整个上部主体，其内按照一定的方式布置立管和其它重要钻井设施，这些结构构成了 Spar平台的月池。根据实际要求，有时将月池设计为半开口形式，海水可以自由进入或者流出月池。若采用顶张紧立管系统，则月池海水质量与平台主体质量量级相当，月池流体对平台运动的影响不可忽略。本文基于CFD方法数值研究Spar平台的附加质量和粘滞阻尼，分析月池开口面积对平台水动力参数的影响，计算了静水中平台的衰减运动，获得了考虑月池流体时，Spar平台的垂荡运动的粘滞阻尼。 建立了平台上部柱体的结构模型，分析了网格划分和时间步长对计算结果的影响，确定出了符合精度要求的网格划分方案和时间步长。计算了不同开口、不同来流速度和不同KC数下，平台上部柱体的附加质量系数、阻尼系数和动压，分析了月池开口对计算结果的影响。通过建立包含平台主体-月池流体-垂荡板-软舱的结构模型，计算了不同运动形式下月池底部挡板的动压、质量流率、挡板阻尼力、垂荡板阻尼力、整体结构阻尼力等物理参量。考虑流固耦合，研究了静水中平台垂荡运动的粘滞阻尼。每一循环步，提取Fluent中计算得到的阻尼力，将其导入平台垂荡运动的动力学方程，数值求解平台运动，并由其控制Fluent中平台运动形式。根据衰减曲线计算得到平台垂荡粘滞阻尼并与实验结果进行了对比。 结果表明，平台月池开口后，平台垂荡固有周期和附加质量增加，使得平台垂荡模态固有频率远离波浪能量集中频率，减小平台垂荡运动。不同的月池底部开口面积对应不同的垂荡阻尼，在实际中可设计月池底部的最优开孔面积，来最大程度地减小平台主体的垂荡运动。本文计算中，30％开口时月池底部挡板受到的动压最小，对应的垂荡阻尼最大。本文经过数值模拟计算，并且把数值计算结果与模型试验的进行了对比，验证了本文数值计算方法的合理性与正确性。 |
| 作者： | 满金双 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 刘利琴;姚军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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