半潜式钻井平台风载荷CFD预报
发布时间：2021-02-27 08:56
在平台设计过程中,海洋平台受到的风载荷是稳性分析与结构设计需要考虑的重要因素。文章采用CFD方法,对某型半潜式钻井平台在作业工况下受到的风载荷进行预报,分析了湍流模型、风速剖面形式、湍流强度分布等因素对半潜式钻井平台风载荷的影响。结果表明:不同湍流模型对海洋平台风载荷的预报偏差在2%以内,可以忽略湍流模型的影响;风速剖面对风载荷有较大影响,随着风速梯度的增加而增大;湍流强度分布对海洋平台风载荷的影响在6%以内。研究结论可为建立高精度的海洋平台风载荷数值预报方法提供技术支持。
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
半潜式钻井平台示意图1.2模拟风场
；NPD风场风速分布包括50kn风速剖面与100kn风速剖面，湍流强度分布取50kn湍流强度分布。风速V(z)与湍流强度IV随海平面高度z的变化规律[7]如下：001ln100.057310.15zVzVCCV（1）0.22V00.0610.04310zIV（2）式中：V0为海平面上10m高处的时均风速；C为与V0相关的系数。2计算方法2.1计算域计算域为矩形，平台前方和后方均为4倍平台总长，平台侧面为3倍平台总长（图2）。根据计算工况，边界条件设置分为两种情况。当计算风向为0°～90°时，边界条件设置如下。1）入口：平台前方、平台左侧面及顶部，为速度入口。2）出口：平台后方及平台右侧面，定义为压力出口。3）壁面：平台壁面及底面，为静止无滑移条件。当风向为120°～180°时，平台后方则变化为速度入口，相应地，平台前方为压力出口，其余设置不变。图2计算域示意图2.2网格划分采用Trimmer网格划分方法对计算域进行网格划分。同时，采用棱柱层网格生成器，在壁面区域生成边界层网格，并合理设置第一层壁面网格尺寸，保证平台壁面Y+值约为60，计算域网格数量总计约240万。平台表面网格见图3。图3平台表面网格2.3湍流模型求解湍流流动问题的主要方法有直接模拟方法（DES）、大涡模拟方法（LES）以及RANSE方法。综合考虑计算成本与精度，对于大多数工程问题，一般使用RANSE方法来求解。RANSE方法需要补充方程才能使问题封闭，由于补充方程形式的不同，产生了多种湍流?
，为速度入口。2）出口：平台后方及平台右侧面，定义为压力出口。3）壁面：平台壁面及底面，为静止无滑移条件。当风向为120°～180°时，平台后方则变化为速度入口，相应地，平台前方为压力出口，其余设置不变。图2计算域示意图2.2网格划分采用Trimmer网格划分方法对计算域进行网格划分。同时，采用棱柱层网格生成器，在壁面区域生成边界层网格，并合理设置第一层壁面网格尺寸，保证平台壁面Y+值约为60，计算域网格数量总计约240万。平台表面网格见图3。图3平台表面网格2.3湍流模型求解湍流流动问题的主要方法有直接模拟方法（DES）、大涡模拟方法（LES）以及RANSE方法。综合考虑计算成本与精度，对于大多数工程问题，一般使用RANSE方法来求解。RANSE方法需要补充方程才能使问题封闭，由于补充方程形式的不同，产生了多种湍流模型。主要的湍流模型有单方程Spalart-Allmaras模型、两方程k-ε模型（Standardk-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε）、k-ω模型（Standardk-ω、SSTk-ω）以及雷诺应力模型（RSM）。在计算风工程中，使用比较多的湍流模型有RNGk-ε模型、Sk-ε模型、SSTk-ε模型、BSL-RSM模型等，这几种湍流模型对分离流、旋涡等复杂流场模拟具有平台后方平台前方
【参考文献】：
期刊论文
[1]自升式钻井平台风载荷研究[J]. 谭美,冯军,熊飞. 船舶与海洋工程. 2014(01)
[2]自升式平台风载荷数值模拟与实验研究[J]. 林一,胡安康,熊飞. 水动力学研究与进展A辑. 2012(02)
[3]深水半潜式平台风载荷体型系数风洞试验研究[J]. 巩雪,翟钢军. 中国海洋平台. 2010(05)
[4]HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验[J]. 朱航,马哲,翟钢军,谢彬,付英军,欧进萍. 船海工程. 2009(05)
[5]计算风工程中几个关键影响因素的分析与建议[J]. 曾锴,汪丛军,黄本才,周大伟. 空气动力学学报. 2007(04)
本文编号：3053993
【文章来源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
半潜式钻井平台示意图1.2模拟风场
；NPD风场风速分布包括50kn风速剖面与100kn风速剖面，湍流强度分布取50kn湍流强度分布。风速V(z)与湍流强度IV随海平面高度z的变化规律[7]如下：001ln100.057310.15zVzVCCV（1）0.22V00.0610.04310zIV（2）式中：V0为海平面上10m高处的时均风速；C为与V0相关的系数。2计算方法2.1计算域计算域为矩形，平台前方和后方均为4倍平台总长，平台侧面为3倍平台总长（图2）。根据计算工况，边界条件设置分为两种情况。当计算风向为0°～90°时，边界条件设置如下。1）入口：平台前方、平台左侧面及顶部，为速度入口。2）出口：平台后方及平台右侧面，定义为压力出口。3）壁面：平台壁面及底面，为静止无滑移条件。当风向为120°～180°时，平台后方则变化为速度入口，相应地，平台前方为压力出口，其余设置不变。图2计算域示意图2.2网格划分采用Trimmer网格划分方法对计算域进行网格划分。同时，采用棱柱层网格生成器，在壁面区域生成边界层网格，并合理设置第一层壁面网格尺寸，保证平台壁面Y+值约为60，计算域网格数量总计约240万。平台表面网格见图3。图3平台表面网格2.3湍流模型求解湍流流动问题的主要方法有直接模拟方法（DES）、大涡模拟方法（LES）以及RANSE方法。综合考虑计算成本与精度，对于大多数工程问题，一般使用RANSE方法来求解。RANSE方法需要补充方程才能使问题封闭，由于补充方程形式的不同，产生了多种湍流?
，为速度入口。2）出口：平台后方及平台右侧面，定义为压力出口。3）壁面：平台壁面及底面，为静止无滑移条件。当风向为120°～180°时，平台后方则变化为速度入口，相应地，平台前方为压力出口，其余设置不变。图2计算域示意图2.2网格划分采用Trimmer网格划分方法对计算域进行网格划分。同时，采用棱柱层网格生成器，在壁面区域生成边界层网格，并合理设置第一层壁面网格尺寸，保证平台壁面Y+值约为60，计算域网格数量总计约240万。平台表面网格见图3。图3平台表面网格2.3湍流模型求解湍流流动问题的主要方法有直接模拟方法（DES）、大涡模拟方法（LES）以及RANSE方法。综合考虑计算成本与精度，对于大多数工程问题，一般使用RANSE方法来求解。RANSE方法需要补充方程才能使问题封闭，由于补充方程形式的不同，产生了多种湍流模型。主要的湍流模型有单方程Spalart-Allmaras模型、两方程k-ε模型（Standardk-ε、RNGk-ε、Realizablek-ε）、k-ω模型（Standardk-ω、SSTk-ω）以及雷诺应力模型（RSM）。在计算风工程中，使用比较多的湍流模型有RNGk-ε模型、Sk-ε模型、SSTk-ε模型、BSL-RSM模型等，这几种湍流模型对分离流、旋涡等复杂流场模拟具有平台后方平台前方
【参考文献】：
期刊论文
[1]自升式钻井平台风载荷研究[J]. 谭美,冯军,熊飞. 船舶与海洋工程. 2014(01)
[2]自升式平台风载荷数值模拟与实验研究[J]. 林一,胡安康,熊飞. 水动力学研究与进展A辑. 2012(02)
[3]深水半潜式平台风载荷体型系数风洞试验研究[J]. 巩雪,翟钢军. 中国海洋平台. 2010(05)
[4]HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验[J]. 朱航,马哲,翟钢军,谢彬,付英军,欧进萍. 船海工程. 2009(05)
[5]计算风工程中几个关键影响因素的分析与建议[J]. 曾锴,汪丛军,黄本才,周大伟. 空气动力学学报. 2007(04)
本文编号：3053993
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