本文關(guān)鍵詞：Spar平臺(tái)月池內(nèi)流體振動(dòng)特性及其對(duì)平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)影響研究

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【摘要】：Spar平臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊,平臺(tái)主體上的中央井貫穿了整個(gè)主體,立管和其它重要鉆井設(shè)施以一定的方式布置在中央井內(nèi),構(gòu)成了整個(gè)月池結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際情況,有時(shí)需要將月池設(shè)計(jì)為半開口形式,海水可以自由進(jìn)入或者流出月池。采用頂張緊立管系統(tǒng)時(shí),月池海水質(zhì)量與平臺(tái)主體質(zhì)量量級(jí)相當(dāng),月池流體對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響不可忽略。本文基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的開源軟件OpenFOAM研究深海Spar平臺(tái)月池內(nèi)流體的振動(dòng)特性,分析月池流體對(duì)平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響。(1)建立了二維、三維數(shù)值水池模型,進(jìn)行了數(shù)值網(wǎng)格收斂測(cè)試,對(duì)后面需要用到的造波情況進(jìn)行了最優(yōu)網(wǎng)格劃分并進(jìn)行了消波處理,結(jié)果表明,造波效果十分穩(wěn)定,可以用于進(jìn)行接下來(lái)的模型運(yùn)算。(2)研究了月池內(nèi)流體的垂向“活塞”運(yùn)動(dòng)模態(tài)和左右“晃蕩”運(yùn)動(dòng)模態(tài)的固有振動(dòng)特性,分析了月池底部開口面積對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)波浪周期接近流體活塞振動(dòng)固有周期時(shí),將激起流體的垂向共振運(yùn)動(dòng),不同的底部開口面積,月池內(nèi)流體發(fā)生不同幅值的垂向運(yùn)動(dòng),本文計(jì)算的三種工況中,當(dāng)?shù)撞块_口率為30%時(shí),月池內(nèi)流體的活塞運(yùn)動(dòng)幅值最小�？紤]平臺(tái)與波浪耦合后,月池內(nèi)流體的活塞運(yùn)動(dòng)變得更加劇烈,因此耦合效應(yīng)不可忽略。(3)考慮月池內(nèi)流體的影響,計(jì)算了不同KC數(shù)下平臺(tái)的垂向運(yùn)動(dòng)阻尼。結(jié)果表明,采用半開口月池后,平臺(tái)的垂蕩阻尼增加,不同的月池底部開口面積對(duì)應(yīng)不同的阻尼力。本文計(jì)算的三個(gè)算例中,30%開口面積對(duì)應(yīng)的平臺(tái)垂蕩阻尼系數(shù)最大。計(jì)算了波浪-平臺(tái)垂蕩-月池內(nèi)流體的耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng),分析了底部擋板開口面積對(duì)平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明,在波浪周期接近平臺(tái)垂蕩固有周期時(shí),月池流體會(huì)抑制平臺(tái)主體的垂蕩運(yùn)動(dòng),且抑制程度與月池開口面積有關(guān)。本文計(jì)算中,30%開孔率對(duì)應(yīng)的平臺(tái)垂蕩RAO值最小。在實(shí)際中可設(shè)計(jì)月池底部擋板的最優(yōu)開孔面積來(lái)最大程度地減小平臺(tái)主體的垂蕩運(yùn)動(dòng)。
【關(guān)鍵詞】：Spar平臺(tái) 月池流體 流固耦合 垂蕩運(yùn)動(dòng) 阻尼系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U674.381
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 引言10-11
• 1.2 Spar平臺(tái)概述11-12
• 1.3 月池結(jié)構(gòu)及其研究12-14
• 1.4 本論文研究?jī)?nèi)容和方法14-16
• 1.4.1 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.4.2 研究方法15-16
• 第二章 OpenFOAM計(jì)算的基本理論16-26
• 2.1 OpenFOAM基本知識(shí)16-18
• 2.1.1 OpenFOAM簡(jiǎn)介16-17
• 2.1.2 OpenFOAM結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 OpenFOAM對(duì)兩相流問(wèn)題的處理18-25
• 2.2.1 兩相流基本概念18-19
• 2.2.2 控制方程在OpenFOAM中的離散19-20
• 2.2.3 速度壓力的迭代求解20-21
• 2.2.4 OpenFOAM中動(dòng)網(wǎng)格的處理21-22
• 2.2.5 六自由度剛體運(yùn)動(dòng)22-24
• 2.2.6 運(yùn)動(dòng)和約束24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 數(shù)值造波26-41
• 3.1 數(shù)值造波26-31
• 3.1.1 搖板造波理論26-29
• 3.1.2 在interDyMFoam中的實(shí)現(xiàn)29-30
• 3.1.3 消波30-31
• 3.2 數(shù)值造波前處理31-33
• 3.2.1 算例的建立與運(yùn)行31-32
• 3.2.2 數(shù)值波浪水池32-33
• 3.3 造波實(shí)驗(yàn)33-40
• 3.3.1 二維網(wǎng)格測(cè)試33-38
• 3.3.2 三維數(shù)據(jù)采集與對(duì)比38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 平臺(tái)月池內(nèi)流體的振動(dòng)特性研究41-51
• 4.1 模型建立41-44
• 4.1.1 平臺(tái)參數(shù)41-43
• 4.1.2 平臺(tái)網(wǎng)格加密及邊界條件設(shè)定43-44
• 4.2 計(jì)算結(jié)果及分析44-50
• 4.2.1 月池底部擋板全開口工況44-46
• 4.2.2 月池底部擋板部分開口工況46-50
• 4.3 本章小結(jié)50-51
• 第五章 波浪-平臺(tái)-月池內(nèi)流體的耦合運(yùn)動(dòng)51-67
• 5.1 平臺(tái)在波浪中運(yùn)動(dòng)的設(shè)置方法51-53
• 5.1.1 拓?fù)湓O(shè)置51-52
• 5.1.2 邊界條件和約束處理52-53
• 5.2 全封口時(shí)平臺(tái)上部柱體的垂向運(yùn)動(dòng)53-55
• 5.2.1 模型數(shù)據(jù)53
• 5.2.2 計(jì)算結(jié)果及對(duì)比53-55
• 5.3 底部開口時(shí)平臺(tái)上部柱體及月池內(nèi)流體的垂向運(yùn)動(dòng)55-61
• 5.3.1 月池內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)55-58
• 5.3.2 平臺(tái)-波浪耦合對(duì)月池內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的影響分析58-59
• 5.3.3 平臺(tái)主體上部柱體的阻尼特性研究59-61
• 5.4 平臺(tái)整體及月池內(nèi)流體的耦合運(yùn)動(dòng)61-66
• 5.4.1 模型數(shù)據(jù)61-62
• 5.4.2 計(jì)算結(jié)果分析62-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 第六章 總結(jié)展望67-69
• 6.1 主要研究工作總結(jié)及結(jié)論67-68
• 6.2 進(jìn)一步研究工作及展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 附錄72-76
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明76-77
• 致謝77-78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：553260