深吃水半潜式平台涡激运动响应特性研究

摘要

随着人类对石油气的需求量不断增加，深海石油气资源的勘探开发技术也不断进步与发展，半潜式平台在深海石油气开采中得到广泛的应用。由于国内外海上油气的勘探范围向深水不断发展，恶劣海况频繁出现，半潜式平台的工程应用也面临深海恶劣海况的严峻挑战，准确预报和改善平台水动力性能，提高生存能力和作业效率，是国际海洋工程十分重视的问题。为改善半潜式平台的垂向运动性能，增加平台吃水是有效途径之一，但是，当半潜式平台的设计吃水增加时，即发展成所谓的深吃水半潜式平台，立柱在水下部分增加，漩涡脱落引起的脉动压力增大，产生涡激运动的有效激励增大，从而引起平台较为明显的涡激运动。所以，进行深吃水半潜式平台涡激运动研究，重点关注涡激运动的成因、演化模式、响应特征，及其对锚链及海洋立管的疲劳损伤，对深吃水半潜式平台的设计和建造具有极大的意义。
　　本文在对计算流体力学及单立柱绕流、四立柱平台涡激运动理论知识深入了解的基础上，采用计算流体力学软件（FINE/Marine）开展了二维及三维模拟，两种平台模式（固定模式、系泊模式）进行了数值模拟计算，并给出了流体力系数、涡脱频率、运动响应分析研究。具体研究工作结论如下：
　　通过对不同雷诺数下单圆柱绕流的计算模拟，得出、分析了涡脱形态、升阻力系数、涡脱频率随流速变化的一般性规律，从机理上认知了均匀流作用下圆柱水绕流动力特性的规律。
　　通过对深吃水半潜式平台三维模型的建立及数值模拟，得到平台整体关于升阻力系数、涡脱频率、不同截面平均压力系数沿周向的分布、横向及纵向的运动幅值以及达到自锁时幅值的变化情况，初步研究了深吃水半潜式平台的涡激运动响应。

目录

声明

第1章 绪论

1.1选题背景和研究意义

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.3研究内容及研究方法

1.4本章小结

第2章 涡激运动及CFD基本知识

2.1引言

2.2圆柱绕流漩涡的形成及发放过程

2.3涡激运动相关参数

2.4数值模拟与计算方法

2.5本章小结

第3章 圆柱绕流数值模拟

3.1引言

3.2计算模型

3.3二维圆柱绕流

3.4计算结果及分析

3.5三维模型建立及计算

3.6本章小结

第4章 固定模式下深吃水半潜式平台涡激运动特性

4.1概述

4.2半潜式平台模型建立

4.3半潜式平台静水衰减数值模拟

4.4固定模式运动响应特性分析

4.5本章小结

第5章 系泊模式下深吃水半潜式平台涡激运动响应特性

5.1系泊系统的设定

5.2系泊模式运动特性分析

5.3本章小结

第6章 结论与展望

6.1本文总结

6.2展望

参考文献

致谢