本文關(guān)鍵詞：改進(jìn)的離散渦方法及其在海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

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【摘要】：深水海洋平臺(tái)是當(dāng)前世界范圍內(nèi)進(jìn)行深海油氣礦產(chǎn)資源開發(fā)的主要海工裝備,具有特征尺度大,作業(yè)海域深的特點(diǎn)。在海洋環(huán)境下,由于漩渦脫落海洋平臺(tái)容易發(fā)生渦激運(yùn)動(dòng)(VIM)現(xiàn)象,使得與平臺(tái)連接的錨鏈和立管等結(jié)構(gòu)將承受更強(qiáng)的疲勞破壞,縮短疲勞壽命。自1996年被發(fā)現(xiàn),VIM一直被視為海洋工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)�；诹骱瘮�(shù)的DVM模型原理簡(jiǎn)明,易于數(shù)值實(shí)現(xiàn),計(jì)算不受單元網(wǎng)格限制,在關(guān)心的渦量集中區(qū)具有很高的流場(chǎng)分辨率,可以用大時(shí)間步長(zhǎng)模擬高雷諾數(shù)流場(chǎng),尤其適用于研究海洋平臺(tái)的VIM等問題。本文利用DVM模型,對(duì)低質(zhì)量比Spar平臺(tái)和深吃水半潛平臺(tái)的VIM現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬,旨在分析平臺(tái)的VIM響應(yīng)特性,并嘗試從機(jī)理上解釋VIM產(chǎn)生原因。為驗(yàn)證所采用的DVM模型的有效性,本文編寫了基于Fortran語言的計(jì)算程序,對(duì)比了新生渦的不同布置方式對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響、不同受力計(jì)算式的計(jì)算效果以及不同核函數(shù)在誘導(dǎo)渦團(tuán)速度方面的差異,提出了防止渦團(tuán)進(jìn)入物體內(nèi)的幾何鏡像法,討論了DVM方法對(duì)單柱體和多柱體結(jié)構(gòu)的不同處理方式。而后以固定圓柱和彈性支承圓柱為例,模擬了二維圓柱體在不同約束下的繞流特性和運(yùn)動(dòng)特征,通過與前人試驗(yàn)對(duì)比,證明本文所采用的基于渦量-流函數(shù)方程的DVM模型對(duì)于解決高雷諾數(shù)繞流問題行之有效。由于當(dāng)前計(jì)算方法的限制,本文將選取的低質(zhì)量比Spar平臺(tái)和深吃水半潛平臺(tái)做二維簡(jiǎn)化處理,對(duì)其在不同工況下的VIM響應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)值研究,給出了平臺(tái)尾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、平臺(tái)受力曲線、橫蕩與縱蕩位移以及VIM運(yùn)動(dòng)軌跡,分析了平臺(tái)的頻率響應(yīng)規(guī)律。通過對(duì)典型海洋平臺(tái)二維模型的VIM研究,從流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、受力和位移變化的角度進(jìn)一步加深對(duì)VIM特征和機(jī)理的認(rèn)識(shí)。
【關(guān)鍵詞】：離散渦方法 海洋平臺(tái) 高雷諾數(shù) 渦激運(yùn)動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.38
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-19
• 1.1 課題背景及意義8-11
• 1.2 海洋平臺(tái)簡(jiǎn)介11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展12-17
• 1.3.1 渦激運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)研究12-15
• 1.3.2 渦激運(yùn)動(dòng)的數(shù)值研究15-17
• 1.4 本文的主要工作17-19
• 2 柱體的渦激運(yùn)動(dòng)19-25
• 2.1 渦激運(yùn)動(dòng)概述19-20
• 2.2 渦激運(yùn)動(dòng)的特征20-22
• 2.3 與渦激運(yùn)動(dòng)相關(guān)的參數(shù)22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 渦量-流函數(shù)離散渦方法25-33
• 3.1 離散渦方法概述25-28
• 3.2 控制方程28-29
• 3.3 隨機(jī)剛性渦模型29-31
• 3.4 邊界條件31-32
• 3.5 本章小結(jié)32-33
• 4 離散渦方法的數(shù)值實(shí)現(xiàn)33-53
• 4.1 物面邊界的離散33-35
• 4.1.1 初始點(diǎn)渦的布置方式33-34
• 4.1.2 物面控制點(diǎn)數(shù)的確定34-35
• 4.2 新生渦的脫落35-37
• 4.3 渦團(tuán)的運(yùn)動(dòng)37-38
• 4.4 離散渦的特殊處理38-39
• 4.5 物體受力的計(jì)算39-42
• 4.6 物體運(yùn)動(dòng)的模擬42
• 4.7 多體結(jié)構(gòu)的處理42-43
• 4.8 計(jì)算流程43
• 4.9 數(shù)值算例43-52
• 4.9.1 固定圓柱的瀉渦模擬43-47
• 4.9.2 自激運(yùn)動(dòng)圓柱軌跡模擬47-52
• 4.10 本章小結(jié)52-53
• 5 典型海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)特性的數(shù)值模擬53-72
• 5.1 深吃水半潛式平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)模擬53-61
• 5.1.1 計(jì)算模型和坐標(biāo)系定義53-54
• 5.1.2 深吃水半潛式平臺(tái)靜止繞流尾渦分析54-59
• 5.1.3 深吃水半潛式平臺(tái)受力特性分析59-60
• 5.1.4 深吃水半潛式平臺(tái)VIM橫蕩運(yùn)動(dòng)分析60-61
• 5.2 低質(zhì)量比Spar平臺(tái)的渦激運(yùn)動(dòng)模擬61-71
• 5.2.1 計(jì)算模型和計(jì)算工況61-62
• 5.2.2 尾流場(chǎng)漩渦結(jié)構(gòu)62-63
• 5.2.3 Spar平臺(tái)受力特性分析63-65
• 5.2.4 Spar平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)65-69
• 5.2.5 Spar平臺(tái)頻率響應(yīng)特性69-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況81-82
• 致謝82-83

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3 李旭東　張宏;海洋平臺(tái)用鋼刮起“舞鋼旋風(fēng)”[N];中國(guó)冶金報(bào);2011年

4 本報(bào)記者 紀(jì)巖青 通訊員 易叢;讓整座海洋平臺(tái)與大海對(duì)接[N];中國(guó)海洋報(bào);2013年

5 趙慧;我國(guó)海洋平臺(tái)吊機(jī)挺進(jìn)“重型化”[N];中國(guó)船舶報(bào);2013年

6 李旭東　李英;舞鋼海洋平臺(tái)新產(chǎn)品挺進(jìn)設(shè)備制造業(yè)高端領(lǐng)域[N];世界金屬導(dǎo)報(bào);2011年

7 記者 梁茵邋通訊員 王安軍;國(guó)內(nèi)首臺(tái)海洋平臺(tái)9000米井架組裝完畢[N];中國(guó)石油報(bào);2007年

8 記者 陳佳南 通訊員 梁妮;國(guó)內(nèi)自主建造最大海洋平臺(tái)起重機(jī)完工在即[N];中國(guó)船舶報(bào);2010年

9 朱正秋 曾佩;武漢船機(jī)開發(fā)出國(guó)內(nèi)最大海洋平臺(tái)起重機(jī)[N];中國(guó)船舶報(bào);2011年

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