深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究

摘要

半潜式平台作为主流海洋采油平台之一，具有很多优势：甲板面积大，在波浪作用下运动性能良好，可变载荷高，用途广泛等。为进一步改善垂荡性能，采用深吃水设计已成目前发展趋势。
　　半潜式平台的立柱一般由四根或者更多柱体构成。深吃水半潜式平台（DDS）在一定的海洋流场条件下，会因为柱体表面漩涡脱落产生脉动压力，从而诱发涡激运动现象，对平台锚链和立管的疲劳寿命产生不利影响。波流耦合作用于DDS对涡激运动的影响同样受到广泛关注。
　　本文通过模型试验和计算流体力学（CFD）数值模拟，针对一新型方形截面立柱方形布置的深吃水半潜式生产平台，研究其在180°来流方向波浪和流耦合作用时的涡激运动响应。数值模拟时以正弦振荡流模拟规则波，研究不同 KC数、不同相对流数规则波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动响应。研究结果表明，规则波对于流致涡激运动有减小作用，且在UT/D=0.5附近出现最小值；而波陡对于DDS涡激运动响应影响较小；规则波波高对半潜式平台涡激运动影响较大；规则波对DDS涡泄频率影响可以忽略。
　　为了探究立柱截面以及立柱布置对平台涡激运动的影响，针对一新型矩形截面立柱矩形布置和一常规方形截面立柱方形布置的半潜式平台，采用数值模拟的方法，研究其在典型135°来流方向，以正弦振荡流模拟
　　波浪，考虑不同 KC数、不同相对流数规则波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动。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，常规方形截面方形布置立柱的半潜式平台涡激运动响应明显减小，而矩形截面矩形布置立柱的半潜式平台运动响应明显增大。振荡流作用对于不同截面立柱半潜式平台流致涡激运动响应影响显著。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1. 1 引言

1. 2 深吃水半潜式平台涡激运动研究现状

1. 3研究内容以及研究意义

1.4 本章小结

第二章 涡激运动研究的理论基础和方法

2.1 涡激运动形成机理

2.2 涡激运动参数

2.3 研究方法及基础理论

2.4 数值模拟方法的验证

2.5 本章小结

第三章 新型方形截面DDS波流耦合作用涡激运动响应模型实验研究

3.1 模型实验方案

3.2. 实验结果与分析

3.3 本章小结

第四章 新型方形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究

4.1 平台的数值模型

4.2 横荡运动响应

4.3 纵荡运动响应

4.4 XY平面内的运动轨迹

4.5 升力和阻力响应

4.6 本章小结

第五章 新型矩形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究

5.1数值模拟内容及模型

5.2 横荡运动响应

5.3 纵荡运动响应

5.4 XY平面内的轨迹

5.5 升力和阻力响应

5.6 本章小结

第六章 常规方形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究

6.1 研究内容和工况

6.2 均匀流下数值模拟结果

6.3 振荡流与均匀流耦合作用下涡激运动响应

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 研究总结

7.2 论文的主要创新点

7.3 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表或者录用的论文

致谢