深吃水圆筒型浮式核能平台涡激运动数值模拟

深吃水圆筒型浮式核能平台是一种新型多功能高效平台,可有效解决南海岛礁开发过程中的能源供给问题。在一定来流速度下,尾流区交替泄涡进而诱导平台发生涡激运动(vortex induced motions,VIM),这将严重加速系泊和立管系统疲劳损害,同时对平台内部核反应堆运行产生不利影响。基于改进的延迟分离涡方法(improved delayed detached eddy simulation,IDDES)对平台在不同折合速度下的横荡、纵荡、艏摇运动响应进行数值模拟,并从水平面内质心运动轨迹、运动频率、三维流场特性等角度分析涡激运动关键特征。研究结果表明:当折合速度5.45<Ur<9.08时,平台横荡、艏摇振幅均逐渐增加且运动轨迹类似“香蕉”形,横荡与艏摇运动频率基本一致且横荡未出现明显的“锁定”区间变化;当7.26<Ur<9.08时,艏摇振幅近似线性递增且运动频率中主频附近出现多个峰值,运动轨迹在顺流方向上逐渐变宽;三维流场中发现尾流区三维漩涡结构相当复杂且平台底部柱靴结构对表面流动分离造成干扰,柱靴结构具有一定的减涡效果。

深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近,主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点,针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减,并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数;基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO)和固有周期,并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明:深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期;平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响,低频特性明显;垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大,垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好,适应南海海况,所得结果可为工程应用提供相关参考。

扰流板对深吃水圆筒型平台涡激运动的抑制效果研究

深吃水圆筒型平台是一种新型多功能高效平台,可有效解决岛礁开发中的能源供给问题。但平台在持续性的来流作用下会发生剧烈的涡激运动,将导致平台系泊、立管系统发生疲劳损害。从抑制涡激运动的角度出发,设计一套新型扰流板结构。基于改进的延迟分离涡模拟方法(IDDES)数值模拟并对比分析了有、无扰流板2种情况下深吃水圆筒型平台横荡、纵荡和首摇运动响应,并从运动时域、频域和三维流场特征等角度对结果展开分析。结果表明,新型扰流板对平台横荡、纵荡和首摇运动均有较好的抑制作用,其中对横荡运动抑制效果最为显著,效率高达89%。带扰流板的深吃水圆筒型平台涡激运动数值模拟分析在平台实际结构设计中具有重要工程意义。