半潛式鉆井平臺風載荷CFD預報
發(fā)布時間：2021-02-27 08:56
在平臺設計過程中,海洋平臺受到的風載荷是穩(wěn)性分析與結構設計需要考慮的重要因素。文章采用CFD方法,對某型半潛式鉆井平臺在作業(yè)工況下受到的風載荷進行預報,分析了湍流模型、風速剖面形式、湍流強度分布等因素對半潛式鉆井平臺風載荷的影響。結果表明:不同湍流模型對海洋平臺風載荷的預報偏差在2%以內(nèi),可以忽略湍流模型的影響;風速剖面對風載荷有較大影響,隨著風速梯度的增加而增大;湍流強度分布對海洋平臺風載荷的影響在6%以內(nèi)。研究結論可為建立高精度的海洋平臺風載荷數(shù)值預報方法提供技術支持。
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
半潛式鉆井平臺示意圖1.2模擬風場
；NPD風場風速分布包括50kn風速剖面與100kn風速剖面，湍流強度分布取50kn湍流強度分布。風速V(z)與湍流強度IV隨海平面高度z的變化規(guī)律[7]如下：001ln100.057310.15zVzVCCV（1）0.22V00.0610.04310zIV（2）式中：V0為海平面上10m高處的時均風速；C為與V0相關的系數(shù)。2計算方法2.1計算域計算域為矩形，平臺前方和后方均為4倍平臺總長，平臺側面為3倍平臺總長（圖2）。根據(jù)計算工況，邊界條件設置分為兩種情況。當計算風向為0°～90°時，邊界條件設置如下。1）入口：平臺前方、平臺左側面及頂部，為速度入口。2）出口：平臺后方及平臺右側面，定義為壓力出口。3）壁面：平臺壁面及底面，為靜止無滑移條件。當風向為120°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應地，平臺前方為壓力出口，其余設置不變。圖2計算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計算域進行網(wǎng)格劃分。同時，采用棱柱層網(wǎng)格生成器，在壁面區(qū)域生成邊界層網(wǎng)格，并合理設置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計算域網(wǎng)格數(shù)量總計約240萬。平臺表面網(wǎng)格見圖3。圖3平臺表面網(wǎng)格2.3湍流模型求解湍流流動問題的主要方法有直接模擬方法（DES）、大渦模擬方法（LES）以及RANSE方法。綜合考慮計算成本與精度，對于大多數(shù)工程問題，一般使用RANSE方法來求解。RANSE方法需要補充方程才能使問題封閉，由于補充方程形式的不同，產(chǎn)生了多種湍流?
，為速度入口。2）出口：平臺后方及平臺右側面，定義為壓力出口。3）壁面：平臺壁面及底面，為靜止無滑移條件。當風向為120°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應地，平臺前方為壓力出口，其余設置不變。圖2計算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計算域進行網(wǎng)格劃分。同時，采用棱柱層網(wǎng)格生成器，在壁面區(qū)域生成邊界層網(wǎng)格，并合理設置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計算域網(wǎng)格數(shù)量總計約240萬。平臺表面網(wǎng)格見圖3。圖3平臺表面網(wǎng)格2.3湍流模型求解湍流流動問題的主要方法有直接模擬方法（DES）、大渦模擬方法（LES）以及RANSE方法。綜合考慮計算成本與精度，對于大多數(shù)工程問題，一般使用RANSE方法來求解。RANSE方法需要補充方程才能使問題封閉，由于補充方程形式的不同，產(chǎn)生了多種湍流模型。主要的湍流模型有單方程Spalart-Allmaras模型、兩方程k-ε模型（Standardk-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε）、k-ω模型（Standardk-ω、SSTk-ω）以及雷諾應力模型（RSM）。在計算風工程中，使用比較多的湍流模型有RNGk-ε模型、Sk-ε模型、SSTk-ε模型、BSL-RSM模型等，這幾種湍流模型對分離流、旋渦等復雜流場模擬具有平臺后方平臺前方
【參考文獻】：
期刊論文
[1]自升式鉆井平臺風載荷研究[J]. 譚美,馮軍,熊飛. 船舶與海洋工程. 2014(01)
[2]自升式平臺風載荷數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 林一,胡安康,熊飛. 水動力學研究與進展A輯. 2012(02)
[3]深水半潛式平臺風載荷體型系數(shù)風洞試驗研究[J]. 鞏雪,翟鋼軍. 中國海洋平臺. 2010(05)
[4]HYSY-981半潛式平臺風載荷數(shù)值模擬與風洞實驗[J]. 朱航,馬哲,翟鋼軍,謝彬,付英軍,歐進萍. 船海工程. 2009(05)
[5]計算風工程中幾個關鍵影響因素的分析與建議[J]. 曾鍇,汪叢軍,黃本才,周大偉. 空氣動力學學報. 2007(04)
本文編號：3053993
【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
半潛式鉆井平臺示意圖1.2模擬風場
；NPD風場風速分布包括50kn風速剖面與100kn風速剖面，湍流強度分布取50kn湍流強度分布。風速V(z)與湍流強度IV隨海平面高度z的變化規(guī)律[7]如下：001ln100.057310.15zVzVCCV（1）0.22V00.0610.04310zIV（2）式中：V0為海平面上10m高處的時均風速；C為與V0相關的系數(shù)。2計算方法2.1計算域計算域為矩形，平臺前方和后方均為4倍平臺總長，平臺側面為3倍平臺總長（圖2）。根據(jù)計算工況，邊界條件設置分為兩種情況。當計算風向為0°～90°時，邊界條件設置如下。1）入口：平臺前方、平臺左側面及頂部，為速度入口。2）出口：平臺后方及平臺右側面，定義為壓力出口。3）壁面：平臺壁面及底面，為靜止無滑移條件。當風向為120°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應地，平臺前方為壓力出口，其余設置不變。圖2計算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計算域進行網(wǎng)格劃分。同時，采用棱柱層網(wǎng)格生成器，在壁面區(qū)域生成邊界層網(wǎng)格，并合理設置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計算域網(wǎng)格數(shù)量總計約240萬。平臺表面網(wǎng)格見圖3。圖3平臺表面網(wǎng)格2.3湍流模型求解湍流流動問題的主要方法有直接模擬方法（DES）、大渦模擬方法（LES）以及RANSE方法。綜合考慮計算成本與精度，對于大多數(shù)工程問題，一般使用RANSE方法來求解。RANSE方法需要補充方程才能使問題封閉，由于補充方程形式的不同，產(chǎn)生了多種湍流?
，為速度入口。2）出口：平臺后方及平臺右側面，定義為壓力出口。3）壁面：平臺壁面及底面，為靜止無滑移條件。當風向為120°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應地，平臺前方為壓力出口，其余設置不變。圖2計算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計算域進行網(wǎng)格劃分。同時，采用棱柱層網(wǎng)格生成器，在壁面區(qū)域生成邊界層網(wǎng)格，并合理設置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計算域網(wǎng)格數(shù)量總計約240萬。平臺表面網(wǎng)格見圖3。圖3平臺表面網(wǎng)格2.3湍流模型求解湍流流動問題的主要方法有直接模擬方法（DES）、大渦模擬方法（LES）以及RANSE方法。綜合考慮計算成本與精度，對于大多數(shù)工程問題，一般使用RANSE方法來求解。RANSE方法需要補充方程才能使問題封閉，由于補充方程形式的不同，產(chǎn)生了多種湍流模型。主要的湍流模型有單方程Spalart-Allmaras模型、兩方程k-ε模型（Standardk-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε）、k-ω模型（Standardk-ω、SSTk-ω）以及雷諾應力模型（RSM）。在計算風工程中，使用比較多的湍流模型有RNGk-ε模型、Sk-ε模型、SSTk-ε模型、BSL-RSM模型等，這幾種湍流模型對分離流、旋渦等復雜流場模擬具有平臺后方平臺前方
【參考文獻】：
期刊論文
[1]自升式鉆井平臺風載荷研究[J]. 譚美,馮軍,熊飛. 船舶與海洋工程. 2014(01)
[2]自升式平臺風載荷數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 林一,胡安康,熊飛. 水動力學研究與進展A輯. 2012(02)
[3]深水半潛式平臺風載荷體型系數(shù)風洞試驗研究[J]. 鞏雪,翟鋼軍. 中國海洋平臺. 2010(05)
[4]HYSY-981半潛式平臺風載荷數(shù)值模擬與風洞實驗[J]. 朱航,馬哲,翟鋼軍,謝彬,付英軍,歐進萍. 船海工程. 2009(05)
[5]計算風工程中幾個關鍵影響因素的分析與建議[J]. 曾鍇,汪叢軍,黃本才,周大偉. 空氣動力學學報. 2007(04)
本文編號：3053993
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