新概念沙漏型FPSO運動性能優(yōu)良,具有十分廣闊的應用前景。垂蕩運動響應是沙漏型FPSO運動性能評價的重要指標,粘性阻尼對其垂蕩運動響應有很大影響。本文以沙漏型FPSO的垂蕩運動阻尼為研究對象,通過數(shù)值模擬自由衰減垂蕩運動和強迫垂蕩運動,研究其垂蕩運動阻尼。首先,建立了一套有效可行的沙漏型FPSO垂蕩運動數(shù)值仿真的網(wǎng)格劃分方案和算法模型,并采用試驗結果驗證了數(shù)值模型的正確性。進一步研究了沙漏型FPSO自由衰減垂蕩運動的縮尺效應,結果表明,縮比模型的數(shù)值結果可以用于研究實際工程尺度的沙漏型FPSO浮體的垂蕩運動阻尼特性。其次,基于自由衰減運動研究了沙漏型FPSO外形與運動阻尼的關系。通過正交試驗方法研究了水線半徑、下傾角和排水量三個外形參數(shù)及其交互作用對垂蕩自由衰減系數(shù)的影響,結果表明,各參數(shù)的交互作用對垂蕩自由衰減系數(shù)影響很小可以忽略,此外排水量、下傾角和水線半徑對垂蕩自由衰減系數(shù)的影響分別為高度顯著、顯著和較顯著。在此基礎上,進行了外形對垂蕩自由衰減系數(shù)影響的單因素分析,結果表明,垂蕩衰減系數(shù)隨著下傾角和排水量的增大而減小,且在下傾角較大和排水量較小時更為敏感,垂蕩衰減系數(shù)隨水線半徑增大而增大,但并不敏感。并通過擬合方法得到了垂蕩自由衰減系數(shù)的估算公式,可用于沙漏型FPSO的初步外形設計。最后,還研究了月池和切角對沙漏型FPSO垂蕩自由衰減系數(shù)的影響,結果表明,在本文沙漏型浮體的基礎上加開月池,月池對垂蕩衰減系數(shù)影響很小,對垂蕩固有周期影響較大,且固有周期隨著月池半徑的增大而增大;切角對垂蕩自由衰減系數(shù)影響較小,對固有周期影響較大,切角會使沙漏型FPSO的垂蕩固有周期變小。然后,進行了沙漏型FPSO強迫垂蕩運動特性的數(shù)值研究。通過分析不同運動幅值的數(shù)值結果發(fā)現(xiàn),沙漏型FPSO外形使其垂蕩輻射問題具有很強的非線性,且運動幅值越大,非線性越強。將基于勢流理論的輻射阻尼和由無粘CFD方法得到的阻尼進行對比發(fā)現(xiàn),二者差別的主要來源是沙漏型FPSO改變運動方向時底部邊緣產(chǎn)生的漩渦及局部流場。對比無粘和有粘下的阻尼,結果表明流體粘性對阻尼的影響很小,即粘性引起的阻尼成分很小。在基于勢流理論進行運動響應預報時,需采用強迫運動方法或自由衰減方法進行阻尼修正,對此進行研究發(fā)現(xiàn),由強迫運動方法得到的阻尼修正值隨著運動幅值的增大而變大;當運動幅值較小時,在南海10年一遇到200年一遇的惡劣臺風海況的波浪譜峰頻率范圍內,采用小振幅強迫運動方法和自由衰減方法得到的阻尼修正結果基本一致,對于更大的運動頻率,整體上小振幅強迫運動方法得到的阻尼修正值小于由自由衰減方法得到的阻尼修正值。最后,采用CFD方法研究了沙漏型FPSO的wave free特性。Wave free頻率處,FPSO垂蕩運動輻射出的波浪十分小,等效輻射阻尼很小。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE95

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本文編號：2820869