本文關(guān)鍵詞：隨機波與渦激作用下Spar平臺非線性耦合運動分析

  更多相關(guān)文章： 垂蕩-橫搖-縱搖 非線性耦合 隨機波浪載荷 渦激載荷 運動響應(yīng)

【摘要】：目前,Spar平臺已經(jīng)在美國墨西哥灣深水海域油氣開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用,這種平臺因其優(yōu)良的運動性能和經(jīng)濟靈活的特點被許多石油公司視為未來深水油氣開發(fā)的重點和方向。Spar平臺垂蕩、橫搖、縱搖的非線性耦合運動響應(yīng)問題是近些年研究的熱點。本文根據(jù)Spar平臺在水中位置變化的幾何關(guān)系推導(dǎo)了平臺垂蕩-橫搖-縱搖三自由度的非線性耦合靜水回復(fù)剛度,并在此基礎(chǔ)上建立了平臺的非線性耦合運動方程;采用基于勢流理論的浮體繞/輻射數(shù)值計算程序求解了作用在平臺主體上的一階波浪載荷線性傳遞函數(shù)(LTF)和二階波浪載荷二次傳遞函數(shù)(QTF)矩陣;采用CFD軟件Fluent對圓柱的二維繞流進行了數(shù)值模擬,得到渦激升力系數(shù)和渦泄頻率;基于傳遞函數(shù)和海浪譜生成隨機波浪載荷的時間歷程,在時域內(nèi)分別數(shù)值模擬了單向隨機不規(guī)則波、多向隨機不規(guī)則波以及隨機波和同向海流引起的渦激載荷共同作用下Spar平臺的垂蕩-橫搖-縱搖非線性耦合運動響應(yīng),得到的主要結(jié)論如下:(1)當(dāng)考慮單向隨機不規(guī)則波作用時,不同海域下Spar平臺的垂蕩-縱搖耦合隨機運動響應(yīng)主要受有義波高Hs和譜峰周期Tp這兩個波浪參數(shù)的控制,且波浪特征周期對平臺的隨機運動響應(yīng)影響很大;二階平均波浪漂移載荷主要影響平臺垂蕩運動平均值,而對平臺縱搖運動平均值無明顯影響;二階低頻隨機波浪載荷對于平臺縱搖運動影響顯著,而對垂蕩運動影響很小;瞬時波面升高對于平臺垂蕩運動影響顯著,對于縱搖運動影響較小,垂蕩運動計算考慮瞬時波面升高是必要的;(2)與單向隨機波中的運動響應(yīng)不同,平臺在多向隨機波作用下會產(chǎn)生明顯的橫搖運動,而且由于三個自由度運動之間的耦合作用,在某些海況下,平臺的橫搖運動幅值甚至超過了縱搖運動幅值;隨著方向分布參數(shù)s值的增加,平臺的橫搖運動響應(yīng)逐漸減小;方向分布參數(shù)s的值對多向波隨機波面升高、垂蕩隨機波浪力和垂蕩運動響應(yīng)幅值的影響均很小。(3)當(dāng)考慮隨機波浪載荷和渦激載荷同時作用時,渦激載荷引起的橫搖運動響應(yīng)成分與波浪引起的橫搖運動響應(yīng)成分的幅度相當(dāng),因此在進行Spar渦激運動特性方面研究時,不應(yīng)只是考慮平臺的平動自由度(縱蕩、橫蕩)運動,渦激升力引起的平臺橫搖運動也不能忽視。
【關(guān)鍵詞】：垂蕩-橫搖-縱搖 非線性耦合 隨機波浪載荷 渦激載荷 運動響應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 引言10-13
• 1.2 Spar平臺簡介13-16
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點18-20
• 1.4.1 研究意義與內(nèi)容18-19
• 1.4.2 研究創(chuàng)新點19-20
• 第二章 運動方程的建立20-26
• 2.1 引言20
• 2.2 模型及坐標(biāo)系20-21
• 2.3 非線性耦合靜水回復(fù)剛度的推導(dǎo)21-23
• 2.4 Spar平臺垂蕩-橫搖-縱搖耦合運動方程23-24
• 2.5 求解運動方程的數(shù)值方法24-25
• 2.6 小結(jié)25-26
• 第三章 Spar平臺頻域波浪載荷計算26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 一階波浪載荷傳遞函數(shù)26-29
• 3.2.1 線性勢流理論26-27
• 3.2.2 源匯分布法27-29
• 3.3 二階波浪載荷傳遞函數(shù)29-30
• 3.4 計算結(jié)果及分析30-34
• 3.5 小結(jié)34-35
• 第四章 單向隨機波中Spar平臺垂蕩-縱搖耦合運動分析35-56
• 4.1 引言35
• 4.2 隨機海浪模型35-38
• 4.2.1 Pierson模型35-36
• 4.2.2 Longuet-Higgins模型36-38
• 4.3 海浪頻譜38-41
• 4.3.1 Pierson-Moscowitz譜(P-M譜,ITTC單參數(shù)譜)39
• 4.3.2 ISSC雙參數(shù)譜(ITTC雙參數(shù)譜)39-40
• 4.3.3 JONSWAP譜40
• 4.3.4 Torsethaugen譜40-41
• 4.4 單向隨機不規(guī)則波數(shù)值模擬41-45
• 4.4.1 線性波浪疊加法42-43
• 4.4.2 單向隨機不規(guī)則波數(shù)值模擬結(jié)果43-45
• 4.5 單向隨機波波浪載荷數(shù)值模擬45-49
• 4.5.1 計算原理簡介45-48
• 4.5.2 單向隨機波波浪載荷數(shù)值模擬結(jié)果48-49
• 4.6 單向隨機波中Spar平臺垂蕩-縱搖耦合運動響應(yīng)49-55
• 4.6.1 不同海況下的運動響應(yīng)對比50-51
• 4.6.2 二階波浪載荷的影響51-53
• 4.6.3 瞬時波面升高的影響53-55
• 4.7 小結(jié)55-56
• 第五章 多向隨機波中Spar平臺垂蕩-橫搖-縱搖耦合運動分析56-76
• 5.1 引言56-57
• 5.2 方向譜57-60
• 5.2.1 余弦型方向分布58
• 5.2.2 半角余弦型方向分布58
• 5.2.3 Mitsuyasu方向分布58-59
• 5.2.4 Wrapped-normal方向分布59
• 5.2.5 Donelan方向分布59-60
• 5.3 多向隨機不規(guī)則波數(shù)值模擬60-62
• 5.3.1 雙重疊加法60
• 5.3.2 頻率方向?qū)?yīng)法60-61
• 5.3.3 等分能量法61-62
• 5.4 多向隨機波波浪載荷數(shù)值模擬62-65
• 5.5 多向隨機波中Spar平臺垂蕩-橫搖-縱搖耦合運動響應(yīng)65-75
• 5.5.1 不同海況下的運動響應(yīng)及與單向波對比66-71
• 5.5.2 方向分布參數(shù)的影響71-75
• 5.6 小結(jié)75-76
• 第六章 隨機波與渦激作用下Spar平臺非線性耦合運動分析76-85
• 6.1 引言76
• 6.2 基本理論76-79
• 6.2.1 流體動力學(xué)基本方程76-77
• 6.2.2 圓柱繞流基本理論77-78
• 6.2.3 計算流體動力學(xué)基本原理78-79
• 6.3 渦激載荷數(shù)值模擬79-81
• 6.3.1 二維圓柱繞流模型的建立79-80
• 6.3.2 二維圓柱繞流升力系數(shù)及泄渦頻率80
• 6.3.3 渦激力矩計算80-81
• 6.4 隨機波與渦激作用下Spar平臺垂蕩-橫搖-縱搖耦合運動響應(yīng)81-84
• 6.5 小結(jié)84-85
• 第七章 總結(jié)與展望85-87
• 7.1 全文總結(jié)85-86
• 7.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-92
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明92-93
• 致謝93-94

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8 別社安,趙子丹;隨機波浪作用下砂質(zhì)海床中的孔隙水壓力響應(yīng)[J];港口工程;1998年02期

9 ;[J];;年期

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3 張寧川;俞聿修;;隨機波浪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(Ⅰ)——三維隨機波浪非線性速度場計算的理論模型[A];第十三屆全國水動力學(xué)研討會文集[C];1999年

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本文編號：704374