含裙板CALM浮筒水動(dòng)力特性的解析研究

發(fā)布時(shí)間：2019-11-26 01:47

【摘要】：本文簡(jiǎn)要地介紹了CALM(Catenary Anchor Leg Mooring懸鏈?zhǔn)藉^腿系泊)浮筒的研究背景以及國(guó)內(nèi)外在單點(diǎn)系泊方面的研究情況。裙板作為CALM浮筒關(guān)鍵構(gòu)件,安裝在浮筒主體的底部或者中下部,能有效提高系統(tǒng)的附加質(zhì)量和提供額外的水動(dòng)力阻尼,可以顯著的減小浮筒的垂蕩運(yùn)動(dòng)和縱橫搖運(yùn)動(dòng),在滿足CALM浮筒運(yùn)動(dòng)性能要求的同時(shí),改變了浮筒的搖蕩周期,同時(shí),在瞬息萬(wàn)變的海洋環(huán)境中,萬(wàn)一發(fā)生碰撞時(shí),裙板也能保護(hù)浮筒體本身不受損傷,保證浮筒的正常工作狀態(tài)。最終使CALM浮筒安全性提高的同時(shí)使建造成本得到了大幅度的降低,經(jīng)濟(jì)性顯著提高成為海洋工程界研究的熱點(diǎn)之一。特征函數(shù)展開(kāi)法的優(yōu)點(diǎn)是不存在邊界積分法處理波浪與浮體相互作用問(wèn)題時(shí)所產(chǎn)生的不規(guī)則頻率問(wèn)題。本文采用特征函數(shù)展開(kāi)法,通過(guò)分區(qū)離散及邊界匹配的方法建立波浪與含裙板的CALM浮筒相互作用的計(jì)算模型。將流場(chǎng)分為浮筒下部、浮筒外部、裙板上部、裙板下部四個(gè)子域,利用三維柱坐標(biāo)系下的分離變量法得到滿足自由水面和海底邊界條件的速度勢(shì)表達(dá)式,繼而通過(guò)邊界匹配得到各子域速度勢(shì)中的待定系數(shù)及帶裙板浮筒所受波浪力和水動(dòng)力系數(shù),求解運(yùn)動(dòng)方程得到浮筒搖蕩的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。令浮筒半徑趨于零,即為水下垂蕩板情況;令裙板半徑等于浮筒半徑即為水面垂直漂浮圓柱體;令浮筒半徑趨于零裙板厚度足夠大,即為水下圓柱體情況,因此本文計(jì)算模型可處理四種結(jié)構(gòu)形式相互作用問(wèn)題。用 Matlab編程求解,將計(jì)算結(jié)果與AQWA對(duì)比以驗(yàn)證本文所編程序的準(zhǔn)確性。分析了裙板半徑,裙板板厚對(duì)實(shí)裙板CALM浮筒波浪擾動(dòng)力和水動(dòng)力系數(shù)的影響,在求解浮筒運(yùn)動(dòng)響應(yīng)時(shí)考慮了垂蕩和縱搖粘性阻尼的影響。結(jié)果表明,對(duì)于實(shí)裙板浮筒,水平波浪力隨裙板半徑增大而增大,垂向力則隨半徑增大而減小;裙板半徑的增大將使浮筒附加質(zhì)量增大,從而增大了CALM浮筒垂蕩和縱搖的固有周期。因此,可根據(jù)工程海域的海況,在滿足強(qiáng)度要求下,盡可能經(jīng)濟(jì)的選擇合適的裙板半徑,控制垂蕩和縱搖的固有周期,避免發(fā)生諧搖,減小垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)幅值。最后建立了在不計(jì)裙板板厚條件下的帶開(kāi)孔裙板的CALM浮筒計(jì)算模型,驗(yàn)證了所編程序正確性并分析了裙板開(kāi)孔率對(duì)浮筒垂向波浪力的影響。
【圖文】：

示意圖,示意圖,適應(yīng)性強(qiáng),水域