【摘要】：浮式結(jié)構(gòu)作為港口和海洋工程建設(shè)中的重要結(jié)構(gòu)形式,一直受到人們的關(guān)注。其中,載液浮體是一類應(yīng)用廣泛的海上浮式結(jié)構(gòu),例如浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油裝置(FPSO),LNG及LPG運(yùn)輸船等。近些年來(lái),隨著人們對(duì)海洋資源開(kāi)發(fā)的進(jìn)一步深入,載液浮體的工程應(yīng)用范圍又有了新的拓展,例如海上浮式儲(chǔ)油艙,深海半潛養(yǎng)殖浮箱等。與傳統(tǒng)的浮式結(jié)構(gòu)類似,海上風(fēng)浪會(huì)激勵(lì)載液浮體產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。額外地,浮體運(yùn)動(dòng)可激勵(lì)內(nèi)部液體發(fā)生晃蕩,這將對(duì)結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力特性產(chǎn)生影響。由于載液浮體受外部波浪和內(nèi)部液體晃蕩的聯(lián)合作用,預(yù)測(cè)它在不同波況下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)非常困難。若載液浮體進(jìn)一步受到錨泊系統(tǒng)的約束,該問(wèn)題將變的更加復(fù)雜�，F(xiàn)階段亟待開(kāi)展對(duì)于系泊載液浮體的水動(dòng)力特性研究,保證其在不同海況條件下的結(jié)構(gòu)安全,拓展它在海洋工程中的應(yīng)用范圍。為了分析系泊載液浮體在波浪作用下的水動(dòng)力特性,本文基于有限體積方法和VOF方法,建立了可考慮浮體內(nèi)外流場(chǎng)與浮體自身運(yùn)動(dòng)耦合作用的粘性流數(shù)值波浪水槽模型。應(yīng)用該數(shù)學(xué)模型,本文對(duì)一種典型的系泊載液浮體結(jié)構(gòu)開(kāi)展了數(shù)值模擬研究。此外,本文在實(shí)驗(yàn)室的波浪水槽內(nèi)開(kāi)展了物理模型試驗(yàn),研究了該結(jié)構(gòu)在不同相對(duì)寬度、不同波高條件下的水動(dòng)力特性和錨鏈約束力,分析了液體晃蕩和系泊錨鏈剛度對(duì)其水動(dòng)力特性的影響。物理模型試驗(yàn)也為本文建立的數(shù)學(xué)模型提供了基礎(chǔ)驗(yàn)證數(shù)據(jù)。在建立數(shù)學(xué)模型的過(guò)程中,本文遵循了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的研究路線。首先,本文將前人建立的數(shù)值波浪水槽模型與動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了用網(wǎng)格法描述自由漂浮結(jié)構(gòu)的較大幅度運(yùn)動(dòng)。在浮體運(yùn)動(dòng)計(jì)算方面,本文開(kāi)發(fā)了基于多次迭代計(jì)算的強(qiáng)流固耦合計(jì)算模型,有效解決了多自由度運(yùn)動(dòng)求解過(guò)程中發(fā)生的數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定現(xiàn)象。進(jìn)一步地,基于集中質(zhì)量法的基本原理,本文開(kāi)發(fā)了懸鏈線形式錨鏈的約束力求解模型。最后,本文通過(guò)壓力積分的方式求解作用于浮體結(jié)構(gòu)上的流體力與力矩,將外部波浪與內(nèi)部液體晃蕩的作用統(tǒng)一為外力成分參與運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算,實(shí)現(xiàn)了對(duì)波浪聯(lián)合液體晃蕩作用下系泊浮體運(yùn)動(dòng)這一復(fù)雜流固耦合問(wèn)題的求解。在數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程中,本文先后模擬了自由漂浮方箱、系泊非載液浮體及系泊載液浮體與非線性波浪的相互作用。通過(guò)與物理模型試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,本文驗(yàn)證了改進(jìn)后數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。最后,應(yīng)用經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型,本文在數(shù)值波浪水槽內(nèi)開(kāi)展了具有不同液艙劃分形式的系泊載液浮體與波浪相互作用的數(shù)值模擬研究,從浮體的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)、錨泊系統(tǒng)約束力等方面,分析了內(nèi)部劃分多個(gè)子液艙后系泊載液浮體結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力特性變化情況。
【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】：2018
【分類號(hào)】：P75;U656

【參考文獻(xiàn)】

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1 李裕龍;朱仁傳;繆國(guó)平;范菊;陸志妹;;基于OpenFOAM的船舶與液艙流體晃蕩在波浪中時(shí)域耦合運(yùn)動(dòng)的數(shù)值模擬[J];船舶力學(xué);2012年07期

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本文編號(hào)：2795652