多浮体水动力干扰研究

发布时间：2020-08-01 08:28

【摘要】：随着全球经济的不断发展，人类对石油天然气资源的需求不断增长，海洋领域的油气开发越来越受到人们的重视，深海平台作为开发深海油气资源的必需技术装备，其需求量和投资额也持续快速增长，与此同时，相应的海上施工中出现了更多的多浮体系统，如海洋平台上层组块在海上的双船浮托安装、FLNG与LNG运输船的并排装卸操作等。在波浪作用下多浮体之间存在着较为复杂的水动力干扰，因此，对于浮体运动响应与受力、浮体周围波浪升高的预报研究已成为一个热点问题。本文选用浮托安装中的并排双驳船系统为研究对象，综合采用经典势流理论、模型试验、CFD模拟和基于拟理想流体的势流修正多种研究方法，对其在波浪中的水动力干扰现象与周围的流体运动情况进行了详细分析。对于双驳船系统的水动力分析，首先采用经典势流理论，在频域范围内计算两船间距3m时相互作用的水动力系数和在其不同方向入射波作用下的波浪激励力、运动响应与平均漂移力，并对双船周围的波面升高分布情况进行了监测。计算结果显示：与单驳船结果相比，双驳船相互干扰的水动力参数在某些波浪周期时出现了新的共振峰值；双驳船在横浪作用下，由于遮蔽效应，背浪船的运动响应明显小于迎浪船；共振情况下，两船间隔内部水体运动剧烈，出现了十分显著的波浪放大，波面升高远大于入射波波高；当波浪周期进一步减小时，两船间隔内部出现多个峰值点。将首浪情况下的计算结果与模型试验结果对比，发现由于势流计算中未考虑到流体的粘性与能量耗散，共振周期处的各水动力参数及波面升高的计算值过大，存在明显的失真，但势流计算可以较为准确的预测共振周期所在位置。在之前研究的基础上，对双驳船水动力共振的规律进行进一步详细分析。研究两船固定与限制各自由度运动情况下共振周期的变化情况，发现间隔内部的水体共振是船体运动与流体运动相互作用的结果，船体的横荡、垂荡与首摇运动是影响共振的主要因素。建立多个不同间距、船长、船宽与吃水的双驳船水动力模型进行详细的参数敏感性分析，研究表明：随着两船间距、船体尺度或吃水的增加，共振周期(波长)也相应增大，其增长模式可采用指数模型拟合。为了进一步揭示两船水动力相互干扰的机理，观察共振情况下船体周围的流体运动现象，采用FLOW-3D软件对两船实际间距3m时的共振工况进行了CFD模拟。首先建立三维数值波浪水池并通过将所造波浪与理论解比较进行验证，在此基础上在数值水池中添加运动双驳船模型实现了双驳船的垂向运动与流体流动的耦合求解。CFD模拟结果与相应模型试验结果对比显示三维数值水池可以较好的模拟船体间距内的波面升高，通过详细分析一个规则波周期内两船周围的水体运动情况，揭示了间距内放大的波面升高主要是由船底流体流动引起，而不是由于间隔前后的入射波与绕射波叠加作用。由于经典势流理论计算得到的浮体各水动力参数以及波面升高峰值过大，存在明显的失真，因此针对此问题采用基于拟理想流体假设的加盖阻尼法对势流计算结果的修正进行研究。综上所述，本文对多浮体水动力干扰以及浮体周围的流体运动展开了系统深入的研究，具有一定的创新性与工程实践意义，为多浮体水动力干扰问题的机理揭示与更进一步的深入研究提供参考。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.1
【图文】：

卸载系统

主要针对超大重量的海洋平台结构模块安装，其主要过程是：将承载有平台上层模块的驳船拖运到预定安装作业地点，通过系泊缆和定位拖轮实现平台上下层模块的水平对正，再通过驳船压载或液压手段将上层模块的质量逐渐转移到平台下部支撑结构上实现对接，最后在质量全部转移后驳船退出。与传统的吊装方法相比，浮装法可以实现大重量平台安装，安全性高，费用较低，且减少了起重机的运输，大大减少了运输安装时间。根据浮托安装时采用驳船数量的不同，浮托安装法可分为单船浮托法与双船浮托法，其中双船浮托法是目前海洋平台安装的热点，该方法由 Technip 公司提出，首次应用于 2006 年马来西亚的 Kikeh 安装项目中，采用两艘驳船支撑 Spar平台的上层模块，此次双船浮托安装的主要过程为：首先通过单船将上层平台模块运输到指定海域，然后将其转移到双驳船上，在对上层模块和驳船进行加固实现刚性连接后，通过拖轮拖运到指定安装地点后进行浮托安装。相比单船浮托法，双船浮托法的主要优势是举升重量大，将成为未来海上超大型模块安装的主要采用方法，具有广阔的工程应用前景[7]。目前，浮托安装技术在国内外均已应用到了实际的工程实践中[8]。

平台,驳船,托法

浮动机

上海交通大学硕士学位论文机场、港区、防波堤、风能太阳能发电厂、军用基地等。与其他海洋工程项目相比，VLFS 具有可移动性、受地震冲击小、对环境影响小和经济性好等优点。VLFS 有两种主要的结构形式：浮箱式 (Pontoon type) 和半潜式(Semi-submersibe type)，前者采用简单的箱型浮体结构，稳性较高、制造成本低、易于保养和维修，一般用于靠近海岸的平静水域，后者主要用于浪高较大的开阔海域，通过保持一定的浮力减小波浪效应，水动力性能更佳，但结构复杂，建造成本、防腐费用较高，常用于海洋油气的探测与开发。对于 VLFS 研究得最为广泛与深入的是日本和美国，分别提出 Mega-float 浮动机场和移动式海上基地 MOB(Mobile offshore base) 两种具有代表性的 VLFS 概念。

【参考文献】