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数值波浪水池的建立与FPSO甲板上浪的数值模拟
| 论文题名： | 数值波浪水池的建立与FPSO甲板上浪的数值模拟 |
| 关键词： | 海上石油开发;FPSO;甲板上浪;快速估算;数值波浪水池 |
| 摘要： | 本文研究了数值波浪水池的建立与FPSO甲板上浪的数值模拟。 FPSO（Floating Production, Storage, and Offloading Unit）是海上浮式生产储油系统的简称,由于其经济性、可靠性、海域适应性, 在海上石油开发中应用非常广泛。FPSO通常采用单点系泊从而达到获得较小系泊力的目的,但这也使得船首暴露在波浪作用下,上浪的危险很大。另外FPSO在其生命周期内定位于特定海域长达数年,相对与普通船舶工作环境更为恶劣,检修的难度很大。严重的甲板上浪不仅影响FPSO 的作业效率, 而且会对FPSO造成损坏。 FPSO 甲板上浪主要是大陡波或波群和船首下沉运动两种机制组合的结果。其主要阶段是:水体沿船首升高、水体越过船首进入甲板、水体沿甲板流动、水体撞击船上的设备和甲板室,这些阶段是紧密衔接的。 在恶劣环境下，FPSO处于生存状态，有关的船体运动、相对的波浪运动、以及漂移力都明显的是波高的非线性函数，对它的研究以模型试验为主。为了工程实用，提出了一些快速预报方法来估计甲板上浪问题。然而，近来一些对FPSO实验的观察和描述表明，这种做法难以预报上浪的出现和上浪造成的载荷。为了模拟甲板进水现象，利用简化模型如溃坝模型、越浪理论，但是这类方法忽略了甲板内外水体的紧密联结，并不严格。洪水波理论、浅水波模型被用来模拟流体在甲板上的流动，这类方法仅能对浅水在甲板上的流动进行模拟，计算区域也仅限于甲板上。边界元方法也曾用于甲板上的模拟，但是该方法对于上浪过程中的波浪冲击、破碎、翻卷等现象无法给出精确和详细的数值模拟。 本文利用一种快速估算甲板上浪的方法，对内转塔系泊FPSO在风、浪、流联合作用下的上浪情形进行了预估。 为了给FPSO甲板上浪的数值模拟提供数值波浪环境，在FLUENT软件的基础上进行了二次开发，建立了二维数值波浪水池。在二维水池中对规则波浪和不规则波浪进行了模拟，得到了品质优良的波浪。模拟规则波时采用了冲箱造波，模拟不规则波时采用了源造波方法。为了消除水池后端池壁的反射，在动量方程中添加了源项。在此基础上建立了三维数值波浪水池，水池采用动边界造波，自由面由VOF方法来捕捉。并对规则波下固定FPSO的甲板上浪进行了数值模拟，得到了甲板、甲板室上的冲击载荷和上浪水在甲板上的水位高度以及波浪沿船首爬升、变形、破碎的过程，所得结果与实验值进行了比较，结果吻合良好。 |
| 作者： | 梁修锋 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 杨建民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2006 |
| 正文语种： | 中文 |
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