考虑月池内流体时深海Spar平台的垂荡阻尼特性研究

发布时间：2017-12-16 03:09

  本文关键词：考虑月池内流体时深海Spar平台的垂荡阻尼特性研究

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【摘要】：Spar平台的中央井,从下到上贯穿整个上部主体,其内按照一定的方式布置立管和其它重要钻井设施,这些结构构成了Spar平台的月池。根据实际要求,有时将月池设计为半开口形式,海水可以自由进入或者流出月池。若采用顶张紧立管系统,则月池海水质量与平台主体质量量级相当,月池流体对平台运动的影响不可忽略。本文基于CFD方法数值研究Spar平台的附加质量和粘滞阻尼,分析月池开口面积对平台水动力参数的影响,计算了静水中平台的衰减运动,获得了考虑月池流体时,Spar平台的垂荡运动的粘滞阻尼。建立了平台上部柱体的结构模型,分析了网格划分和时间步长对计算结果的影响,确定出了符合精度要求的网格划分方案和时间步长。计算了不同开口、不同来流速度和不同KC数下,平台上部柱体的附加质量系数、阻尼系数和动压,分析了月池开口对计算结果的影响。通过建立包含平台主体-月池流体-垂荡板-软舱的结构模型,计算了不同运动形式下月池底部挡板的动压、质量流率、挡板阻尼力、垂荡板阻尼力、整体结构阻尼力等物理参量。考虑流固耦合,研究了静水中平台垂荡运动的粘滞阻尼。每一循环步,提取Fluent中计算得到的阻尼力,将其导入平台垂荡运动的动力学方程,数值求解平台运动,并由其控制Fluent中平台运动形式。根据衰减曲线计算得到平台垂荡粘滞阻尼并与实验结果进行了对比。结果表明,平台月池开口后,平台垂荡固有周期和附加质量增加,使得平台垂荡模态固有频率远离波浪能量集中频率,减小平台垂荡运动。不同的月池底部开口面积对应不同的垂荡阻尼,在实际中可设计月池底部的最优开孔面积,来最大程度地减小平台主体的垂荡运动。本文计算中,30%开口时月池底部挡板受到的动压最小,对应的垂荡阻尼最大。本文经过数值模拟计算,并且把数值计算结果与模型试验的进行了对比,验证了本文数值计算方法的合理性与正确性。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.381

【参考文献】

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本文编号：1294448