本文關鍵詞：半潛式鉆井服務支持平臺風載荷數(shù)值模擬計算

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【摘要】：半潛平臺作為一種海上高聳結構物,對風載荷尤為敏感。由臺風(颶風)所導致的平臺傾覆,不僅威脅人員生命安全、帶來難以估量的經濟損失,更重要的是海洋平臺傾覆也往往伴隨著漏油污染事故,因此平臺風載荷的準確預報對其安全性及經濟性具有重要的意義。目前國內對半潛平臺風載荷的數(shù)值計算仍以定常風或梯度風為主,而較少涉及隨機風,因此本論文以半潛式鉆井服務支持平臺BT-3500 TSV為研究對象,采用數(shù)值風洞和規(guī)范計算相結合的方法對BT-3500 TSV在定常風與隨機風作用下的風載荷進行分析研究,并對平臺的遮蔽效應進行了初步計算分析,最終提出了3種平臺優(yōu)化方案并進行了優(yōu)劣性比較。論文的主要研究內容如下:(1)現(xiàn)實中的風具有一定的隨機性和脈動性。選取Davenport、API、NPD風譜進行研究,分析比較了不同高度、不同平均風速對3個風譜譜密度值的影響;采用簡諧波疊加的方式,利用C語言編程,將3個風譜轉換為時程脈動風速,并分析比較了不同參考風速對隨機風脈動區(qū)間的影響;(2)依據(jù)CCS、ABS、DNV船級社規(guī)范給出的風荷載計算方法,對該半潛式服務支持平臺在不同工況下風載荷進行規(guī)范計算,并進行對比分析,為后續(xù)評估數(shù)值模擬結果提供參考依據(jù);(3)采用數(shù)值模擬對BT-3500 TSV進行定常風與隨機風載荷研究。建立各工況數(shù)值模型,通過Fluent自帶的UDF接口導入編譯的隨機風程序,引入雷諾平均NS方程結合分離渦(DES)湍流模型對半潛式鉆井服務支持平臺BT-3500TSV在自存海況下的風力和風傾力矩開展了數(shù)值研究;將隨機風計算結果與規(guī)范計算值以及定常風數(shù)值模擬結果進行對比分析,同時對平臺壓力分布等進行闡述分析;(4)對遮蔽效應進行了詳述,并利用歸納總結的遮蔽效應研究成果計算了平臺泥漿艙的遮蔽系數(shù),使得規(guī)范計算值更接近于實際值;(5)研究了不同間距比、高度比下串列布置的兩方柱以及兩圓柱之間的遮蔽效應,對被遮蔽方柱、圓柱的風力與遮蔽系數(shù)進行了統(tǒng)計分析;(6)選取平臺上層建筑中5個典型構件,計算了無傾斜工況下其在平臺上實際所受風力與單獨受風時的風力,并進行了分析對比,給出了遮蔽系數(shù)與被遮蔽率,為更詳細的研究平臺上層建筑各構件所受風力提供詳細的數(shù)據(jù)支持;(7)通過對平臺各構件的受力分析以及各構件間的相互遮蔽作用,同時結合國內外半潛式鉆井服務支持平臺結構與布局設計的經驗,提出3種優(yōu)化方案,并進行定常風與隨機風作用下的數(shù)值模擬,比較了3種方案的優(yōu)劣性,為后續(xù)的設計研究提供參考和依據(jù)。
【關鍵詞】：半潛式鉆井服務支持平臺 風載荷 定常風 隨機風 數(shù)值計算
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.381
【目錄】：

• 第1章 緒論12-21
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 研究平臺風載荷的意義13-15
• 1.3 國內外海洋平臺風載荷研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3.1 規(guī)范計算與現(xiàn)場實測15
• 1.3.2 風洞實驗15-16
• 1.3.3 計算風工程16-19
• 1.4 本文主要研究內容與創(chuàng)新點19-21
• 1.4.1 本文主要研究內容19-20
• 1.4.2 本文的創(chuàng)新點20-21
• 第2章 隨機脈動風速模擬及數(shù)值計算理論21-37
• 2.1 隨機脈動風的組成21
• 2.2 風譜21-26
• 2.2.1 Davenport風譜21-23
• 2.2.2 NPD風譜與API風譜23-25
• 2.2.3 距海平面高度對風譜的影響25-26
• 2.3 隨機脈動風速時程曲線的生成26-33
• 2.3.1 Davenport風譜生成隨機脈動風速27-30
• 2.3.2 NPD風譜生成隨機脈動風速30-33
• 2.4 數(shù)值計算理論33-36
• 2.4.1 流體力學基本方程33-35
• 2.4.2 DES湍流模型35-36
• 2.5 本章小結36-37
• 第3章 定常風與隨機風作用下平臺風力及風傾力矩37-95
• 3.1 數(shù)值計算流程37-38
• 3.2 數(shù)值模型建立38-44
• 3.2.1 研究對象及計算工況38-40
• 3.2.2 計算流域與邊界條件40-41
• 3.2.3 Fluent求解參數(shù)設置41
• 3.2.4 網格的劃分41-44
• 3.3 規(guī)范計算平臺風力及風傾力矩44-63
• 3.3.1 CCS規(guī)范計算平臺風載荷44-49
• 3.3.2 ABS規(guī)范計算平臺風載荷49-53
• 3.3.3 DNV規(guī)范計算平臺風載荷53-59
• 3.3.4 CCS，ABS，，DNV三種規(guī)范計算結果比較59-63
• 3.4 隨機風、定常風數(shù)值模擬結果及與規(guī)范計算結果比較63-92
• 3.4.1 無傾斜、吃水 12.5m工況 163-70
• 3.4.2 傾斜 17°、吃水 14.16m工況 270-77
• 3.4.3 傾斜 5°、吃水 12.56m工況 377-84
• 3.4.4 傾斜 17°、吃水 14.04m工況 484-92
• 3.5 本章小結92-95
• 第4章 遮蔽效應研究95-120
• 4.1 遮蔽效應概述95-96
• 4.2 遮蔽效應研究成果總結與歸納96-100
• 4.3 遮蔽效應的研究100-112
• 4.3.1 遮蔽效應隨間距比的變化研究100-107
• 4.3.2 遮蔽效應隨高度變化的研究107-112
• 4.4 平臺上層建筑遮蔽效應研究112-118
• 4.5 本章小結118-120
• 第5章 平臺上層建筑布局及結構形式優(yōu)化120-138
• 5.1 平臺上層建筑優(yōu)化依據(jù)120-121
• 5.2 三種平臺上層建筑優(yōu)化方案詳述121-128
• 5.2.1 平臺上層建筑優(yōu)化方案 1121-124
• 5.2.2 平臺上層建筑優(yōu)化方案 2124-126
• 5.2.3 平臺上層建筑優(yōu)化方案 3126-128
• 5.3 Fluent求解參數(shù)設置與湍流模型128
• 5.4 定常風作用下3種優(yōu)化方案風力與風傾力矩比較128-135
• 5.4.1 無傾斜工況各方案風力與風傾力矩比較128-132
• 5.4.2 傾斜 5°工況各方案風力與風傾力矩比較132-135
• 5.5 隨機風作用下3種優(yōu)化方案風力與風傾力矩比較135-136
• 5.6 本章小結136-138
• 第6章 總結與展望138-141
• 參考文獻141-145
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文145-147
• 致謝147-150
• 摘要150-152
• ABSTRACT152-153

本文編號：668809