FPSO便携式工作舱油气泄漏及扩散规律

为了便于对系泊系统定期进行磨损检测,降低检测成本及作业安全,提出一种轻便型水下检测装置集成舱,结合工作舱所处的作业环境,为保护作业人员及设备的安全性,对工作舱进行可燃气体泄漏模拟,研究可燃气体的扩散规律,分析工作舱内可燃气体泄漏的后果,确定可燃气体泄漏到工作舱内最大风险情况,结合仿真结果,总结可燃气体在不同条件下的扩散规律,该分析结果可为工作舱设计过程中风险评估及油气泄漏防控设计提供参考。

两种典型立柱截面涡激运动的分析研究

文章引入雷诺平均法求解NS方程结合SST k-ω湍流模型对两种典型立柱截面限制流向和不限制流向的涡激运动进行了数值模拟和实验对比。采用GAMBIT软件分区建立计算网格,立柱和流场的流固耦合通过计算外部流场作用于柱体的瞬时升力和拖曳力,将求解运动微分方程的四阶Runge-Kutta代码嵌入UDF求解器中,并运用动网格技术实现流场更新。研究发现,在约化速度从2到15范围内限制流向及不限制流向下圆柱横向横幅皆约为方柱的2.5倍,圆柱振幅曲线在限制流向和非限制流向均出现了跳跃现象,而方柱振幅在限制及不限制流向下皆表现为连续。限制流向下圆柱进入频率锁定区域比不限制流向下略快,而脱离锁定区域时约化速度基本相同。不限制流向下圆柱和方柱流向平衡点位移随约化速度线性增大,流向最大幅值均为0.15D左右,但振幅走势完全不同。最后对"相位开关"、"反相"、涡脱结构形式等进行了分析和讨论。

质量比对圆柱涡激特性的影响研究

采用有限体积法对不同质量比圆柱在限制流向及不限制流向下的涡激振动进行了研究。圆柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩黏性Navier-Stokes方程,结合SST k-ω湍流模型对限制流向和不限制流向下圆柱涡激振动进行了数值模拟。研究发现:限制流向和不限制流向时圆柱涡激振动横向振幅均出现了初始激励分支和下端分支,不限制流向质量比2.0时还出现了超上端分支,其横向振幅最大值为1.05D,是限制流向工况的1.81倍,质量比越大两者相差越小;限制流向和不限制流向两种工况下圆柱涡激振动均发现频率锁定现象,但锁定区间不同;质量比大小对圆柱涡激振动锁定区间也有影响;最后对不同质量比下圆柱涡激振动轨迹进行了讨论分析。

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究（英文）

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。

倒角半径对方柱涡激特性的影响研究

采用有限体积法对具有不同倒角半径方柱涡激振动开展了数值研究。方柱涡激振动系统简化为两自由度的质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,结合SST k??湍流模型对低质量比弹性支撑的方柱涡激振动进行了模拟。研究发现:方柱涡激振动最大振幅曲线随着折合速度的增大先增大后减小,与圆柱涡激运动初始激励分支和下端分支相类似,但没有发现幅值跳跃现象。流向振幅最大值出现在20%倒角且折合速度5.0时,大小为0.28D,而横向振幅在30%倒角工况中折合速度为6.0时达到最大值0.47D。方柱涡激振动没有发生类似圆柱一样的频率锁定现象,但其振幅呈现明显的"差拍"规律,差拍区间随倒角半径大小而异,最后对不同倒角半径下方柱运动轨迹进行了讨论分析。

考虑风浪流的TLP张力腿张力响应规律分析(英文)

文章研究了张力腿平台在风浪流中的张力腿的张力变化规律。推导了微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格—库塔法对张力腿平台耦合运动微分方程进行了数值求解。对不同海况下和不同浪向角下张力腿平台张力腿张力变化进行了能量谱分析,并在上海交通大学海洋工程国家重点试验室中通过缩尺比为1:40的模型对数值模拟的结果进行了试验验证。比较了考虑风和流以及不考虑风和流的结果。

随机波浪中张力腿平台耦合运动及系泊系统特性研究

张力腿平台(TLP)是一种垂直系泊的半顺应半刚度式平台,预报平台的运动响应及锚泊系统的张力是张力腿平台结构设计的重要基础。应用挪威船级社SESAM软件在频域和时域内研究了张力腿平台在随机波浪中的非线性运动响应及系泊系统特性,并在试验室中通过缩尺比为1∶40的模型进行了试验验证。在试验验证的基础上,将仅考虑浪与考虑浪、流联合作用下的张力腿的张力平均值、幅值及标准差作了对比。结果表明,在较低海况时,考虑浪和流时的张力腿与不考虑流的情况变化不大;在较大海况时,流的影响不可忽略,考虑流的张力腿变化幅度要略大于不考虑流的情况。

深水张力腿平台非线性涡激特性及水动力性能研究

平台涡激运动易导致立管及系泊系统疲劳损伤,危害其安全稳定性。该文引入雷诺平均法求解NS方程结合DES湍流模型对不同流速下深水张力腿平台三维涡激运动及流场特性进行了数值研究。采用GAMBIT软件建立计算网格,将求解动力学控制方程的代码嵌入UDF求解器中,采用动网格技术实现流场更新并求得作用于平台立柱和浮箱上的瞬时升力和拖曳力。采用最大值统计法和均方根统计法进行数据统计。研究发现：张力腿平台涡激运动流向振幅的大小随着约化速度的增大而增大,但在小范围内波动;横向振幅曲线最大值出现在0°来流、约化速度U~＊=8.0处,大小为0.38D;三种来流工况流向平衡位置随无因次速度的增大而增大,但增长速度有所区别,22.5°和45°下流向平衡位置的增加速度要明显大于0°来流;22.5°来流升力系数谱能量较为分散,立柱及浮箱之间的干扰具有强非线性效应;最后对张力腿平台表面压力系数分布及涡量等值面特性进行了分析和探讨。

滚装船空气减阻参数敏感性研究

对通气速率、航速和船舶装载状态这三大空气减阻效果影响参数进行参数敏感性研究。通过分析不同对比参数下滚装船的阻力及其分量变化、气层分布特征和流线分布特性变化等来探讨各参数对空气减阻效果的影响程度。研究结果表明:通气速率对空气减阻效果影响最大,其影响主要在于气层覆盖区域的大小;航速次之,其影响主要在于气液相间作用约束所导致的气层分布形态转变;船舶装载状态对减阻效果影响较小。

冲击载荷作用下张力腿平台瞬态动力响应及系泊特性研究

瞬态冲击荷载作用下平台主体产生大幅运动,易引起系泊系统断裂,危害平台安全。采用数值分析的方法对脉冲荷载作用下张力腿平台主体与系泊系统的耦合动力响应及系泊特性开展了研究。考虑正弦脉冲、三角脉冲及矩形脉冲等典型冲击荷载的影响,借助自编程序对运动微分方程进行了数值求解。重点考察非线性阻尼、脉冲形式、碰撞部位、撞击角度等诸因素对平台瞬态动力特性的影响。研究发现:三种典型脉冲作用下,计及非线性阻尼的纵荡及纵摇响应幅值均小于不考虑非线性阻尼时的计算结果;脉冲峰值影响平台运动响应的幅值;保持相同脉冲冲量时,三种脉冲形式作用下平台时间历程曲线基本一致;碰撞部位及撞击角度对平台动力响应均有较大的影响。

新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性研究（英文）

文章采用FLUENT软件结合分离涡法对某新型深吃水多立柱FDPSO变截面立柱涡激运动特性开展了研究。将变截面立柱涡激振动系统简化为质量-弹簧-阻尼模型,引入雷诺平均应力模型求解不可压缩粘性Navier-Stokes方程,通过计算出流场作用于柱体的瞬时升力与阻力,并基于UDF程序求解运动微分方程同时运用动网格技术实现流场更新,实现了对变截面立柱涡激运动的数值模拟。对不同来流速度下变截面柱绕流和涡激运动特性进行了研究,分析了变截面柱阻力系数、升力系数、运动幅值和运动轨迹等,研究发现：在高雷诺数单柱绕流模拟中采用三维数值模型更具优势,变截面柱后方同一时间内可能有多个旋涡产生,旋涡之间相互影响,抑制了旋涡对柱体的升阻力作用;在折合速度6~9范围内,变截面柱未出现明显“锁定”现象;变截面柱涡激运动的横荡振幅峰值在U_r=4.5,约为1.2D;变截面柱流向平衡位置随着折合速度增加而增加;变截面柱运动轨迹出现了典型的“8”字形,但变截面柱的轨迹相对较紊乱。

基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.

张力腿平台在随机波浪中的耦合运动响应研究

文章研究了张力腿平台在随机波中长期海况下的耦合响应。推导了振动微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格—库塔法对运动微分方程进行了数值求解。海浪谱采用Jonswap谱,随机波采用蒙特卡罗法来模拟,对不同海况下张力腿平台耦合动力响应、张力腿张力变化进行了能量谱分析。并且比较分析了不同浪向角、不同谱峰周期对平台运动响应的影响。对考虑耦合与不考虑耦合张力腿平台响应进行了比较。

低质量比多立柱涡激特性研究(英文)

多立柱海洋平台的涡激运动是非常复杂的流固耦合问题也是近年来海洋工程领域的研究热点。文章引入雷诺平均法求解NS方程、结合SST k-ω湍流模型采用耦合算法对低质量比多立柱在不同流向及流速下的涡激运动进行了数值研究,立柱运动固有周期及无因次阻尼系数取自上海交通大学海洋工程国家重点实验室的相关实验数据。采用分区法建立了计算网格,多立柱和流场的流固耦合通过计算外部流场作用于柱体的瞬时升力和拖曳力,将求解运动微分方程的四阶Runge-Kutta代码嵌入UDF求解器中,运用动网格技术实现流场更新并采用最大值统计法和标称统计法对涡激运动振幅幅值进行统计,研究发现:0°流向较小约化速度时,无论限制流向是否,振幅都存在跳跃现象,不限制流向下横向最大振幅为0.50 D,略小于限制流向的0.57 D,较大约化速度时,横向振幅出现了锁定现象,但是否限制流向和统计方法的选取对锁定区间长短有所影响,0°及45°流向时候观测到了低频驰振及多频短暂锁定现象,三个典型流向下流向平衡位置随流速的变化趋势基本相近。不限制流向下约化速度大于6.0时,采用标称统计法得到的22.5°流向横向振幅最大,0°流向最小,多立柱尾涡结构形式表现为2P模式。

锚绞机基座及支撑结构强度评估

本文以某大型海船锚绞机基座及支撑结构为研究对象,根据中国船级社规范要求,采用有限元直接计算方法对基座及支撑结构在各工况下结构强度进行评估。研究结果表明:该船锚绞机基座及支撑结构满足规范衡准要求,最大应力出现在80%锚链破断力载荷下止链器背面加强结构处,需重点关注,其计算结果可为同类型锚绞机基座和支撑结构设计提供技术参考。

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究（英文）

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1:40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。

紧凑高效微通道换热器流动与换热特性研究进展

随着全球海上浮式液化天然气(liquefied natural gas,LNG)接收站的兴起,LNG换热器作为液化天然气汽化的关键设备得以广泛应用.与传统换热器相比,紧凑高效微通道换热器(compact and efficient microchannel heat exchangers)具有耐高压、耐低温及传热效率高等优点,在核反应堆热交换、氢能等领域有巨大应用前景.文中对近年来微通道换热器的流动与换热特性研究进展作了系统总结:对比多种微通道换热器的流道构型及不同流道结构的流动与换热特性,半圆截面之字形流道在工程中广泛应用;目前微通道换热器流动与换热特性的数值计算工质以单相氦或超临界CO2为主,而氮为工质的研究较少;微通道换热器流道内的多相流、数值模拟边界条件以及低温流动换热问题还有待研究.

多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

考虑立管、张力腿及平台本体的非线性耦合,建立六自由度的振动微分方程。推导了方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵及波浪荷载的计算公式。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,求得方程数值解。比较分析了四种工况下张力腿平台的耦合动力响应、张力腿及立管张力的变化,揭示了波浪周期、波高、浪向角、预张力、工作水深等多因素对张力腿平台运动响应的影响。

BT-3500 TSV随机风载荷计算及上层建筑降阻优化

以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV原型为研究对象,基于降阻提稳理念对平台上层建筑结构形式及布局提出了3种优化方案。基于Fluent软件结合自编UDF程序并考虑NPD风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解N-S方程,结合分离涡（DES）湍流模型对半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV在自存海况下原型和3种优化方案的风力和风倾力矩进行数值计算和对比分析。研究结果表明：平台在0°~120°风向内风力与风倾力矩呈类似正弦函数变化,最大值出现在60°与120°附近;优化方案1在15°以后的风向区域,风力与风倾力矩较原方案减小明显,尤其在90°风向较原方案减小了30%;方案2在50°以后的风向区域优化效果与方案1基本一致;由于受风面积在风力中占主体地位,方案3优化效果较差。