FPSO内孤立波载荷实验观测及理论预报模型研究

利用大型密度分层水槽开展了下凹型内孤立波作用在FPSO上的载荷特性系列实验;并依据实验工况,考虑KdV、eKdV和MCC内孤立波理论的适用性条件,数值研究了FPSO内孤立波载荷成分构成;基于实验结果和载荷成分构成,建立了FPSO内孤立波载荷的理论预报模型。研究表明:FPSO内孤立波水平载荷由粘性力和Froude-Krylov力组成,而垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力;Froude-Krylov力可通过动压力沿FPSO浮体湿表面积分得到,粘性力则通过经实验回归的摩擦系数C_(f)、形状修正因数K乘以内孤立波诱导水质点切向速度沿FPSO浮体湿表面积分得到。系列实验结果得出:摩擦系数C_(f)和形状修正因数K与雷诺数Re、KC数和流体层深度比h_(1)/h有关;摩擦系数与Re呈自然对数关系;而形状修正因数K与KC数呈幂函数关系。理论预报模型预报的水平载荷、垂向载荷结果均与系列实验和数值结果吻合较好,并且发现随着内孤立波振幅的增加,载荷幅值近乎线性增加,而且上层流体深度对水平力幅值有明显的影响。

半潜式平台立柱群内孤立波载荷的预报方法

利用大型重力式密度分层水槽开展半潜式平台内孤立波载荷试验,基于3种不同的内孤立波理论,针对半潜式平台的立柱群建立内孤立波载荷理论预报模型,并确定Morison公式中惯性力和拖曳力系数的选取方法。研究表明,雷诺数、Keulegan-Carpenter数(KC数)和上层深度对Morison公式中的惯性力和拖曳力系数的取值有显著影响。立柱群的拖曳力系数与雷诺数之间呈指数函数关系,而惯性力系数与KC数之间呈幂函数关系。同时,基于所建立的理论预报模型所获半潜平台内孤立波载荷计算结果与系列试验结果吻合良好。