深吃水半潜平台参数纵摇运动的数值模拟与试验研究

深吃水半潜平台可改善传统半潜平台在线性波浪载荷下垂荡运动性能差的状况,然而当吃水增加时会伴随有非线性大幅参数纵摇运动的发生。论文开展了深吃水半潜平台参数纵摇运动的数值预报与模型试验,采用6自由度弱非线性时域数值模型进行了不同波高和波频的规则波中参数纵摇数值预报。通过数值模拟和试验研究发现,随着波幅增大,回复力的非线性变化显著,会发生大幅参数纵摇运动。当参数纵摇运动发生时,纵摇周期为垂荡周期的2倍,纵摇幅度显著增加,参数纵摇发生的波频约为纵摇运动固有频率的2倍。

深吃水半潜平台运动响应分析及模型试验分析

针对某深吃水半潜平台在实际海况下的运动响应问题,基于AQWA,对深吃水半潜平台频域和时域下的运动响应进行数值模拟,并开展半潜平台的模型试验,分析6自由度幅值响应算子(RAO)和不规则波下的运动响应。比较由2种方法获得的RAO响应曲线和极限海况下的运动幅值,证明数值方法正确,该深吃水潜平台的运动响应模拟结果满足设计要求。

深吃水半潜式平台垂荡响应数值分析

为优化半潜式平台的垂荡性能,以DPS 2001-4深吃水半潜式平台半潜式平台为例,在频率内采用粘滞阻尼线性化方法,通过数值迭代计算得到了该平台的垂荡响应幅值算子(RAO).根据得到的垂荡RAO,分析了垂荡板对平台垂荡响应的影响,并进一步求得了平台在墨西哥湾、西非和中国南海海域百年一遇海况下的垂荡响应极值.计算结果表明:垂荡板系统对平台的垂荡响应有着很好的抑制作用,但随着垂荡板放置水深的增加,平台在各海况下的垂荡响应极值逐渐变小,当水深超过100 m后,垂荡响应极值将逐渐趋于恒定.

基于可燃冰开发的深吃水半潜式平台水动力性能分析

以应用于1500 m作业水深的深吃水半潜式平台为研究对象,通过水池模型试验对水动力性能进行深入研究,并且与某典型浅吃水半潜式平台进行对比。结果表明,深吃水半潜式平台纵摇、横摇和垂荡固有周期显著短于传统浅吃水平台,在波频范围内前者运动响应大幅减小,在作业海况下最大摇摆运动为1.54°、最大水平运动为13.12 m,具有良好的运动性能,能够满足深海可燃冰开发的工程需求。

深吃水半潜式平台涡激运动响应模型实验研究

为研究深吃水半潜式平台涡激运动响应,进行了静水拖曳模型实验研究,测试了在不同来流角度和不同来流速度下六自由度运动,从运动时历、运动响应幅值、运动轨迹等多个角度出发,分析和研究了深吃水半潜式平台涡激运动响应的关键特征和锁定范围。研究表明,深吃水半潜式平台涡激运动主要为横荡和纵荡,横荡居主导地位;响应幅值不仅与来流角度有关,且随折合速度的变化呈现出一定规律;135°来流时,响应幅值较大,且在6<Ur<8有明显锁定现象,Ur=7时最大响应幅值可达1.1D;180°和90°来流时,响应幅值相对较小,且无明显锁定现象。

深吃水半潜式平台参数共振研究

深吃水半潜式平台(deep draft semi-submersible,DDS)作为一种新型海洋结构物,既继承了传统半潜式平台的优点,又改善了传统半潜式平台垂荡运动性能差的不足。但随着吃水的增加,DDS纵摇运动参数共振也成为一个不容忽视的问题。当DDS纵摇运动固有周期和垂荡运动周期满足一定关系时,纵摇运动将发生参数共振,纵摇角度将会显著增大。研究推导了DDS纵摇运动方程,并简化为标准的马修方程,运用希尔无穷行列式法求解马修方程,得到了含阻尼的马修稳定性图谱,并结合具体算例讨论了不同参数对DDS纵摇运动参数共振问题的影响。研究表明:深吃水半潜式平台的参数共振,是设计人员在设计之初必须考虑的问题;通过合理选取平台的系统参数,可以有效避免纵摇运动参数共振现象的发生。

基于SST-IDDES方法的深吃水半潜平台VIM响应特征分析

深吃水半潜平台涡激运动问题对平台的正常作业会产生不利影响。很多学者对涡激运动问题已进行了模型试验和数值模拟研究,研究发现湍流模型对数值模拟的结果有很大的影响。该文基于剪切应力输运(shear stress transport,SST)改进的壁面延迟分离涡方法(improved delayed detached eddy simulation, IDDES),在近壁面流域采用SST模型,在其他区域采用大涡模拟求解流场,模拟深海环境下深吃水半潜平台从"预锁定"到"锁定后"范围内折合速度下的涡激运动响应,研究了深吃水半潜平台主尺度参数对涡激运动响应的影响。该文为涡激运动研究提供了一种方法,可为深吃水半潜平台结构主尺度设计提供参考。

深吃水半潜式储油生产平台立管支撑结构分析

以陵水17-2深吃水半潜式储油生产平台为例,介绍立管支撑结构的分析流程与方法。立管支撑结构一端与平台下浮体相连,另一端与立管接头接收装置相连。计算分析中,为了准确模拟立管支撑结构及相连结构的受力情况,计算模型截取整段下浮体、并模拟立管接头接收装置的结构。立管载荷作用点准确按照立管接头的实际中心点进行施加。通过计算最大应力分析立管支撑结构的强度,通过S-N曲线和应力幅分析立管支撑结构的疲劳。

矩形截面半潜式平台浪流耦合作用涡激运动响应二维数值模拟

通过计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一型采用矩形截面立柱设计的深吃水半潜式生产平台,研究其在波浪和流共同作用时的涡激运动响应.选取典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数下波浪与同向均匀流耦合作用.研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,矩形截面立柱的半潜式平台运动响应明显增大.振荡流耦合作用影响显著.

深吃水对柱式半潜平台涡激运动数值模拟

该文采用专门面向船舶与海洋工程问题自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,基于不可压缩Navier-Stokes方程及延迟的分离涡模拟(Delayed Detached-Eddy Simulation, DDES)方法,模拟了新型的深吃水对柱式半潜平台在不同折合速度下的涡激运动(Vortex-Induced Motions, VIM)响应。首先采用不同的湍流模型进行静水拖曳数值模拟,并将结果与他人的模型试验比较。然后对静水中的平台进行横向运动及首摇的数值自由衰减测试,并将自由衰减测试得到周期与模型试验比较,验证了该文采用的弹簧系统等效刚度与模型试验一致。在此基础上对平台在不同折合速度下的涡激运动进行了数值模拟,将标称横荡响应、平均过零周期与模型试验比较,并分析了平台涡激运动响应幅值、频率随折合速度的变化规律。