本文關鍵詞：深海半潛式平臺波浪爬升及近場干涉效應研究

  更多相關文章： 半潛式平臺 波浪爬升 近場干涉 氣隙響應 粘流理論

【摘要】：隨著人類對石油氣的需求量不斷增加,深海石油氣資源的勘探開發(fā)技術也不斷進步與發(fā)展,半潛式平臺在深海石油氣開采中得到廣泛的應用。由于深海海洋環(huán)境不斷惡化,嚴重影響到工作人員正常生活以及海洋平臺結構安全,其中平臺的氣隙性能直接關系到平臺的安全狀況,是衡量平臺安全性能的重要指標之一,對平臺結構設計具有重要的意義。半潛式平臺波浪爬升、近場干涉以及氣隙響應的分析研究是目前國內(nèi)外海洋工程界的前沿課題并處于起步階段,受到了海洋工程領域研究者的廣泛關注和重視。本文在對計算流體力學及平臺波浪爬升、近場干涉和氣隙響應理論知識深入了解的基礎上,采用計算流體力學軟件(FINE/Marine)開展了兩種波浪環(huán)境(規(guī)則波、不規(guī)則波),三種平臺模式(固定模式、自由模式、系泊模式)共計72個計算工況的數(shù)值模擬計算,并結合自編程后處理軟件給出了半潛式平臺波浪爬升、近場干涉、氣隙響應的數(shù)值預報分析研究。具體研究工作及結論如下:較為全面地分析了不同浪向角和波浪要素(入射波高、周期)下對波浪爬升沿立柱迎浪面和四立柱周向分布規(guī)律的影響;對比分析三種平臺模式下平臺立柱波浪爬升幅度及變化規(guī)律。結果表明:波浪爬升高度隨著距立柱迎浪面距離的減小而增大,在立柱近壁面附近達到最大值,最大放大因素約為3.0,并出現(xiàn)波浪破碎和飛濺等強非線性現(xiàn)象;波浪爬升幅度隨迎浪面面積增大而減小,浪向角β=0°時普遍較大;四立柱周向波浪爬升呈“W”形分布;運動模式對波浪爬升影響較大,平臺固定模式波浪爬升效應較為明顯,垂向三個自由度對波浪爬升起著決定性的作用。針對半潛式平臺近場干涉現(xiàn)象,探討了平臺立柱和下浮體間發(fā)生近場干涉現(xiàn)象的一些基本規(guī)律;分析了不同平臺模式、浪向角和波浪要素對四立柱間近場干涉影響;進一步研究了平臺發(fā)生近場干涉現(xiàn)象時平臺內(nèi)場波面分布特征。結果表明:周期較小時,入射波、反射波、繞射波與結構運動的輻射波疊加較為頻繁,波面升高較大;四立柱內(nèi)場發(fā)生干涉后,波峰線出現(xiàn)彎曲,沿波浪傳播方向出現(xiàn)峰谷值不對稱現(xiàn)象;浪向角β=45°較其它浪向角近場干涉現(xiàn)象更為明顯;平臺系泊和自由模式比固定模式近場干涉引起的波面升高較大,波面分布較為復雜;波面升高極大值主要集中于迎浪面立柱前緣和后立柱內(nèi)側區(qū)域,最大波面升高可以達到入射波高的2.57倍。重點分析了不同浪向角和波浪要素對平臺氣隙響應的影響規(guī)律;對比統(tǒng)計三種平臺模式下平臺下甲板相同觀測點的負氣隙量變化情況,定量研究系泊系統(tǒng)對半潛式平臺負氣隙量大小和分布的影響;簡要分析了平臺懸鏈線張力的分布情況;詳細研究平臺非線性砰擊效應以及不同平臺模式、浪向角、波浪要素對砰擊壓強大小的影響。結果表明:相同周期下,負氣隙量隨入射波高的增加而增加;當入射波的譜峰周期與平臺的垂向三個自由度的固有周期接近時,平臺運動較為劇烈,負氣隙量較大;相同海況下,平臺垂向約束越強,負氣隙越大,最大負氣隙量達到8.64m;平臺迎浪面兩根懸鏈線的張力最大,最大張力達到2695.9k N;平臺出現(xiàn)負氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在立柱迎浪面附近和下甲板的邊緣處,只有在高海況下,下甲板中間區(qū)域才會出現(xiàn)負氣隙量,產(chǎn)生較大砰擊壓強,非線性砰擊現(xiàn)象較為明顯。
【關鍵詞】：半潛式平臺 波浪爬升 近場干涉 氣隙響應 粘流理論
【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】：U674.38
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-13
• 第1章 緒論13-22
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 波浪爬升研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.2 近場干涉研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.3 氣隙響應研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容及創(chuàng)新點20-21
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容20-21
• 1.3.2 創(chuàng)新點21
• 1.4 本章小結21-22
• 第2章 數(shù)值模擬基本理論22-32
• 2.1 引言22
• 2.2 計算流體力學原理22-23
• 2.3 CFD軟件Fine/Marine的介紹23-25
• 2.3.1 Fine/Marine軟件簡介23-24
• 2.3.2 全六面體非結構網(wǎng)格生成器HEXPRESS24
• 2.3.3 不可壓粘性流場ISIS-CFD求解器24
• 2.3.4 后處理工具CFView24-25
• 2.4 數(shù)值計算方法25-31
• 2.4.1 基本控制方程25-27
• 2.4.2 湍流模型27-29
• 2.4.3 數(shù)值離散方法29
• 2.4.4 自由液面捕捉法29-31
• 2.5 本章小結31-32
• 第3章 半潛式平臺波浪爬升數(shù)值預報分析32-66
• 3.1 引言32
• 3.2 半潛式平臺模型的建立32-41
• 3.2.1 半潛式平臺參數(shù)32-33
• 3.2.2 半潛式平臺幾何模型33-34
• 3.2.3 半潛式平臺模型網(wǎng)格劃分34-36
• 3.2.4 計算工況的設定36-38
• 3.2.5 系泊系統(tǒng)的設定38-39
• 3.2.6 波浪爬升觀測點的選取39-40
• 3.2.7 數(shù)值求解和邊界條件40-41
• 3.3 規(guī)則波作用下平臺波浪爬升數(shù)值預報分析41-53
• 3.3.1 平臺立柱迎浪面波浪爬升數(shù)值分析41-45
• 3.3.2 三種模式立柱迎浪面波浪爬升數(shù)值對比分析45-47
• 3.3.3 平臺四立柱周圍波浪爬升數(shù)值分析47-50
• 3.3.4 三種模式四立柱周圍波浪爬升數(shù)值對比分析50-53
• 3.4 不規(guī)則波作用下平臺波浪爬升數(shù)值預報分析53-64
• 3.4.1 平臺立柱迎浪面觀測點譜能數(shù)值分析54-57
• 3.4.2 三種模式立柱迎浪面觀測點譜能數(shù)值對比分析57-58
• 3.4.3 平臺立柱迎浪面波浪爬升“RAO”數(shù)值分析58-60
• 3.4.4 平臺四立柱周圍觀測點譜能數(shù)值分析60-62
• 3.4.5 三種模式四立柱周圍觀測點譜能數(shù)值對比分析62-64
• 3.5 本章小結64-66
• 第4章 半潛式平臺近場干涉效應研究66-87
• 4.1 引言66-67
• 4.2 近場干涉觀測點的選取67
• 4.3 規(guī)則波作用下平臺近場干涉效應研究67-77
• 4.3.1 平臺四立柱間近場干涉效應研究67-71
• 4.3.2 平臺四立柱間的波面分布71-77
• 4.4 不規(guī)則波作用下平臺近場干涉效應研究77-85
• 4.4.1 平臺四立柱間近場干涉效應研究77-81
• 4.4.2 平臺四立柱間觀測點的譜能分布81-85
• 4.5 本章小結85-87
• 第5章 半潛式平臺氣隙響應數(shù)值預報分析87-116
• 5.1 引言87
• 5.2 觀測點選取87-89
• 5.3 規(guī)則波作用下平臺氣隙響應數(shù)值預報分析89-97
• 5.3.1 平臺立柱迎浪面氣隙數(shù)值分析90-92
• 5.3.2 三種模式立柱迎浪面氣隙數(shù)值對比分析92-93
• 5.3.3 平臺下甲板氣隙數(shù)值分析93-97
• 5.4 不規(guī)則波作用下平臺氣隙響應數(shù)值預報分析97-104
• 5.4.1 平臺立柱迎浪面氣隙數(shù)值分析97-100
• 5.4.2 三種模式立柱迎浪面氣隙數(shù)值對比分析100
• 5.4.3 平臺下甲板氣隙數(shù)值分析100-104
• 5.5 半潛式平臺懸鏈線張力分析104-107
• 5.5.1 懸鏈線系泊系統(tǒng)理論104-106
• 5.5.2 懸鏈線張力分析106-107
• 5.6 半潛式平臺砰擊效應研究107-114
• 5.6.1 規(guī)則波作用下平臺下甲板砰擊數(shù)值分析110-112
• 5.6.2 不規(guī)則波作用下平臺下甲板砰擊數(shù)值分析112-114
• 5.7 本章小結114-116
• 總結與展望116-119
• 本文總結116-118
• 研究展望118-119
• 參考文獻119-122

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 程正順;胡志強;楊建民;;半潛式平臺結構抗撞性能研究[J];振動與沖擊;2012年04期

2 未俊豐;李天俠;劉淑香;;半潛式平臺上船體整體安裝導向裝置介紹[J];船舶;2010年06期

3 葉謙;金偉良;何勇;時忠民;屈衍;;半潛式平臺極限狀態(tài)評估(英文)[J];船舶力學;2012年03期

4 胡永利;林一;譚美;;半潛式平臺遭遇碰撞的結構響應分析[J];船舶與海洋工程;2012年01期

5 鄧鵬;顏勇劍;田其磊;王熙;;半潛式平臺關鍵點的疲勞可靠性分析[J];造船技術;2009年06期

6 張文;夏廣印;張工;宋述占;;半潛式平臺結構分類規(guī)則[J];船舶標準化工程師;2013年01期

7 周貴斌;王樹青;成斌;;半潛式起重平臺上船體整體吊裝有限元強度分析[J];船舶;2011年01期

8 嵇春艷;張峗;元志明;;半潛式平臺全壽命期極限強度隨機預報方法研究[J];江蘇科技大學學報(自然科學版);2012年01期

9 楊文林;朱雙龍;;撐桿結構形式的變化對半潛式平臺性能的影響[J];船舶工程;2013年03期

10 陳建民;張萍;孫艷;王賓;;抑制半潛式平臺垂蕩響應的方法研究[J];船海工程;2012年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 梁學先;孫偉英;樊之夏;黃山田;;深水半潛式平臺運輸結構強度分析[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集(上)[C];2011年

2 馬延德;姜福茂;孫洪國;;深水半潛式平臺概要建造方案[A];2008年度海洋工程學術會議論文集[C];2008年

3 杜君峰;李華軍;王樹青;張敏;;一種新型半潛式平臺及其水動力性能分析[A];第十六屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集（上冊）[C];2013年

4 張大剛;樊之夏;孫偉英;;半潛式生產(chǎn)平臺組裝方式及運輸方法研究[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集(上)[C];2011年

5 李輝;任慧龍;吳東偉;張健;;半潛式平臺撐桿結構波浪載荷計算方法研究[A];黑龍江省造船工程學會2008年學術年會論文集[C];2008年

6 劉波;田其磊;高定全;王銘飛;;半潛式生產(chǎn)平臺基于全概率譜分析方法的結構疲勞分析[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集(上)[C];2011年

7 楊亮;劉波;胡海峰;王吉峰;張陽;;半潛式平臺結構升級延壽改造方法研究與應用[A];2012年度海洋工程學術會議論文集[C];2012年

8 謝文會;謝彬;姜哲;王世圣;;從建造安裝談適應中國南海的浮式平臺[A];中國海洋石油總公司第三屆海洋工程技術年會論文集[C];2012年

9 董寶輝;高定全;羊字軍;王吉峰;韓熠;;半潛式平臺整體強度分析[A];2012年度海洋工程學術會議論文集[C];2012年

10 王俊榮;謝彬;;半潛式平臺水動力性能及運動響應研究綜述[A];2009年度海洋工程學術會議論文集（上冊）[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 記者 趙慧;中集來福士半潛式起重生活平臺通過鑒定[N];中國船舶報;2013年

2 顧曉燕;中遠船務首座第六代半潛式平臺試航[N];中國船舶報;2012年

3 記者 桂雪琴;中遠船務交付世界先進深水半潛式平臺[N];中國船舶報;2012年

4 記者 朱宗文;首座中國造深水半潛式平臺交付[N];第一財經(jīng)日報;2010年

5 記者 劉志良;中集來福士開建第二座第七代超深水半潛式平臺[N];中國船舶報;2014年

6 記者 嚴風華;CCS承擔我國首座深水半潛式平臺檢驗[N];中國船舶報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳新權;深海半潛式平臺初步設計中的若干關鍵問題研究[D];上海交通大學;2007年

2 朱航;半潛式平臺運動性能與活動垂蕩板減振系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李宏源;半潛式海洋通信平臺結構及疲勞分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 廖麗恒;半潛式海洋平臺在風浪載荷聯(lián)合作用下的一體化動力效應分析[D];上海交通大學;2015年

3 吳凡;深吃水半潛式平臺波流耦合作用渦激運動響應特性研究[D];上海交通大學;2015年

4 毛瑩;海上浮式風機半潛式基礎水動力特性研究[D];上海交通大學;2015年

5 曹義軍;新型半潛式平臺的運動特性研究及整體強度評估[D];中國海洋大學;2015年

6 宋憲倉;深水半潛式平臺疲勞損傷評估技術研究[D];中國海洋大學;2015年

7 陳茂僑;深海半潛式平臺波浪爬升及近場干涉效應研究[D];江蘇科技大學;2016年

8 楊立軍;半潛式平臺運動性能與參數(shù)敏感性分析[D];上海交通大學;2009年

9 陳北燕;半潛式平臺總體強度評估技術研究[D];哈爾濱工程大學;2008年

10 白治寧;深吃水半潛式平臺渦激運動響應特性研究[D];上海交通大學;2013年

，

本文編號：738573