在平臺設(shè)計(jì)過程中,海洋平臺受到的風(fēng)載荷是穩(wěn)性分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fēng)載荷進(jìn)行預(yù)報,分析了湍流模型、風(fēng)速剖面形式、湍流強(qiáng)度分布等因素對半潛式鉆井平臺風(fēng)載荷的影響。結(jié)果表明:不同湍流模型對海洋平臺風(fēng)載荷的預(yù)報偏差在2%以內(nèi),可以忽略湍流模型的影響;風(fēng)速剖面對風(fēng)載荷有較大影響,隨著風(fēng)速梯度的增加而增大;湍流強(qiáng)度分布對海洋平臺風(fēng)載荷的影響在6%以內(nèi)。研究結(jié)論可為建立高精度的海洋平臺風(fēng)載荷數(shù)值預(yù)報方法提供技術(shù)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(fēng)場

；NPD風(fēng)場風(fēng)速分布包括50kn風(fēng)速剖面與100kn風(fēng)速剖面，湍流強(qiáng)度分布取50kn湍流強(qiáng)度分布。風(fēng)速V(z)與湍流強(qiáng)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(fēng)速；C為與V0相關(guān)的系數(shù)。2計(jì)算方法2.1計(jì)算域計(jì)算域?yàn)榫匦�，平臺前方和后方均為4倍平臺總長，平臺側(cè)面為3倍平臺總長（圖2）。根據(jù)計(jì)算工況，邊界條件設(shè)置分為兩種情況。當(dāng)計(jì)算風(fēng)向?yàn)?°～90°時，邊界條件設(shè)置如下。1）入口：平臺前方、平臺左側(cè)面及頂部，為速度入口。2）出口：平臺后方及平臺右側(cè)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(dāng)風(fēng)向?yàn)?20°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應(yīng)地，平臺前方為壓力出口，其余設(shè)置不變。圖2計(jì)算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計(jì)算域進(jìn)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(shè)置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量總計(jì)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(jì)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(bǔ)充方程才能使問題封閉，由于補(bǔ)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(cè)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(dāng)風(fēng)向?yàn)?20°～180°時，平臺后方則變化為速度入口，相應(yīng)地，平臺前方為壓力出口，其余設(shè)置不變。圖2計(jì)算域示意圖2.2網(wǎng)格劃分采用Trimmer網(wǎng)格劃分方法對計(jì)算域進(jìn)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(shè)置第一層壁面網(wǎng)格尺寸，保證平臺壁面Y+值約為60，計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)量總計(jì)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(jì)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(bǔ)充方程才能使問題封閉，由于補(bǔ)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(yīng)力模型（RSM）。在計(jì)算風(fēng)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(fù)雜流場模擬具有平臺后方平臺前方

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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