基于CFD方法的FPSO的波浪荷载和运动响应研究

针对浮式生产储油船(Floating production storage and offloading, FPSO)在深水作业时面临的恶劣海况问题,为保证其服役期间的安全性及作业效率,需要准确计算非线性波浪荷载和运动响应。本文应用基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)的软件STAR-CCM+建立了针对实尺度FPSO模型的数值水池,基于Richardson外推法,针对时间步长和网格尺寸,分析了二者的收敛性和数值不确定度。使用该数值水池模拟了不同波浪工况作用下FPSO的运动响应,计算其受到的二阶波浪力,并与势流结果进行对比。结果发现,随着波陡增大,平均波浪力的CFD结果逐渐大于势流结果,且呈现差异化增大。而波陡大于1/15时,纵摇的CFD结果明显大于势流结果。说明大波陡条件下,黏性效应对平均波浪力和纵摇影响明显,为恶劣海况下预报及修正FPSO的二阶波浪力和运动提供了参考。