钻井船月池内立管水动力响应研究
发布时间：2021-06-22 05:17
我国是一个以经济建设为中心的发展型大国,对各种能源需求量不断增加,尤其是涉及到国家安全稳定的重要能源物资——油气资源。然而,开发深水油气资源,不仅需要钻井船、钻井平台等,立管系统也是关键设备之一。海洋立管通过月池下放到海中,立管系统是海洋工程的重要组成部分,同时也是海洋工程中最薄弱的构件之一,立管是连接水面浮式装置和位于海床的海底设备的导管,它内部装有各种用途的管路,是从海上钻井平台下到海底的极为重要的连接通道。本文基于Fine/Marine软件对钻井船月池内立管进行研究,比较无立管时月池与有立管时月池内流体运动情况等,说明研究立管的必要性;在钻井船月池内布置监测点对波高、压力等进行监测,分析钻井船与立管在不同运动状态下的水动力响应,主要的研究工作和分析结果如下:首先,基于Fine/Marine软件Mooring模块建立一套立管弹簧振子系统,用以模拟月池内立管在波流载荷下的运动响应。其中立管所受到的水平作用力根据莫里森方程进行数值求解,并根据CFD软件计算进行比较验证;立管在月池内的位移量,通过有限元软件ANSYS中pipe59单元进行静力分析得到,结合弹簧振子系统中系缆的分布情况,求...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 立管涡激振动及抑制措施研究现状
1.2.2 环境载荷与立管力学特性研究现状
1.2.3 钻井船运动响应及月池研究现状
1.3 本文主要内容
1.4 本章小结
第2章 基于粘性流的CFD数值模拟理论
2.1 计算流体动力学简介
2.2 流体控制方程
2.3 湍流模型简介
2.3.1 湍流模型
2.3.2 湍流模拟方法
2.4 数值计算
2.4.1 离散方法
2.4.2 流场求解方法
2.5 网格及边界条件
2.5.1 网格划分
2.5.2 近壁面处理
2.5.3 边界条件
2.6 FINE/Marine简介
2.7 系泊模块
2.8 本章小结
第3章 立管弹簧振子系统研究
3.1 概述
3.2 海洋立管所受载荷分析
3.2.1 海洋立管所受载荷
3.2.2 环境载荷
3.3 弹簧振子系统
3.3.1 ANSYS模拟位移量
3.3.2 海洋立管受力计算
3.3.3 建立弹簧振子系统及衰减测试
3.4 弹簧振子系统有效性分析
3.4.1 数值模拟
3.4.2 波流载荷下立管水动力响应
3.5 本章小结
第4章 月池内静止立管波浪中受力及对波面影响分析
4.1 概述
4.2 模型建立及参数设置
4.2.1 钻井船及立管计算模型
4.2.2 计算域选取
4.2.3 月池形式的选择
4.2.4 网格划分
4.2.5 监测点选取
4.2.6 边界层及基本特征
4.2.7 计算工况的确定
4.3 波浪中立管载荷计算
4.3.1 水平作用力分析
4.3.2 表面压力分析
4.4 立管周围流体域分析
4.4.1 月池内波高对比
4.4.2 月池池壁压力对比
4.5 本章小结
第5章 月池内立管水动力响应研究
5.1 概述
5.2 波浪载荷下立管周围流体域分析
5.2.1 月池内波高对比
5.2.2 迎浪状态下池壁压力对比
5.3 波浪载荷下立管水动力响应分析
5.3.1 立管水平作用力
5.3.2 立管水平位移
5.3.3 立管纵摇角度
5.3.4 立管表面压力
5.3.5 立管受力频谱分析
5.3.6 立管运动轨迹
5.4 流载荷下海洋立管水动力响应分析
5.4.1 月池内流体运动
5.4.2 立管水平作用力
5.4.3 立管表面压力及频谱分析
5.5 本章小结
总结与展望
1.总结
2.研究展望
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢悬链式立管出平面涡激振动模态分析及试验验证[J]. 姚兴隆,黄维平,常爽,刘娟,付雪鹏. 振动与冲击. 2018(13)
[2]月池共振对超深水钻井船运动性能的影响[J]. 张利军,杨朕,赵志坚,曹凯. 船舶工程. 2018(05)
[3]基于有限元的深水隔水管涡激振动分析[J]. 沈国华,王儒朋. 天津科技. 2018(03)
[4]基于ANSYS的门式起重机桁架式主梁设计系统研究及应用[J]. 胡晓丽. 机械研究与应用. 2017(01)
[5]Effects of tension on vortex-induced vibration（ⅥⅤ） responses of a long tensioned cylinder in uniform flows[J]. Ling Kang,Fei Ge,Xiaodong Wu,Youshi Hong. Acta Mechanica Sinica. 2017(01)
[6]两种典型立柱截面张力腿平台的涡激运动试验研究[J]. 李磊,黄维平,郭传山,钟诗民. 中国造船. 2016(04)
[7]“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析[J]. 詹燕民,张天宇,张大刚. 船舶. 2016(05)
[8]深海采矿系统水动力技术研究综述[J]. 吴波,程小明,田超,杜新光,林强. 中国造船. 2016(03)
[9]张力腿漂浮式风力机的运动响应计算[J]. 王枭,王同光,曹九发. 南京航空航天大学学报. 2016(04)
[10]含月池开孔的FPSO水动力性能及波浪载荷研究[J]. 章柯,杭岑,施兴华,徐烁硕. 船舶工程. 2016(S2)
博士论文
[1]深水钻井隔水管动力特性及涡激振动响应实验与理论研究[D]. 毛良杰.西南石油大学 2015
[2]开口式月池水动力特性研究[D]. 黄磊.天津大学 2014
[3]海洋立管涡致耦合振动CFD数值模拟研究[D]. 赵婧.中国海洋大学 2012
[4]海洋深水钻井隔水管系统分析[D]. 周俊昌.西南石油学院 2001
硕士论文
[1]海洋钻井隔水管力学问题研究[D]. 郭孟强.西安石油大学 2016
[2]深水钻井隔水管力学特性与涡激振动研究[D]. 万长成.西南石油大学 2016
[3]波流联合作用下海洋立管载荷与响应分析[D]. 吴梓鑫.江苏科技大学 2015
[4]深水钻井隔水管的振动分析与数值模拟[D]. 杨茂红.中国石油大学 2008
[5]海洋立管在非线性波浪载荷下的极值响应研究[D]. 邓合霞.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3242202
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 立管涡激振动及抑制措施研究现状
1.2.2 环境载荷与立管力学特性研究现状
1.2.3 钻井船运动响应及月池研究现状
1.3 本文主要内容
1.4 本章小结
第2章 基于粘性流的CFD数值模拟理论
2.1 计算流体动力学简介
2.2 流体控制方程
2.3 湍流模型简介
2.3.1 湍流模型
2.3.2 湍流模拟方法
2.4 数值计算
2.4.1 离散方法
2.4.2 流场求解方法
2.5 网格及边界条件
2.5.1 网格划分
2.5.2 近壁面处理
2.5.3 边界条件
2.6 FINE/Marine简介
2.7 系泊模块
2.8 本章小结
第3章 立管弹簧振子系统研究
3.1 概述
3.2 海洋立管所受载荷分析
3.2.1 海洋立管所受载荷
3.2.2 环境载荷
3.3 弹簧振子系统
3.3.1 ANSYS模拟位移量
3.3.2 海洋立管受力计算
3.3.3 建立弹簧振子系统及衰减测试
3.4 弹簧振子系统有效性分析
3.4.1 数值模拟
3.4.2 波流载荷下立管水动力响应
3.5 本章小结
第4章 月池内静止立管波浪中受力及对波面影响分析
4.1 概述
4.2 模型建立及参数设置
4.2.1 钻井船及立管计算模型
4.2.2 计算域选取
4.2.3 月池形式的选择
4.2.4 网格划分
4.2.5 监测点选取
4.2.6 边界层及基本特征
4.2.7 计算工况的确定
4.3 波浪中立管载荷计算
4.3.1 水平作用力分析
4.3.2 表面压力分析
4.4 立管周围流体域分析
4.4.1 月池内波高对比
4.4.2 月池池壁压力对比
4.5 本章小结
第5章 月池内立管水动力响应研究
5.1 概述
5.2 波浪载荷下立管周围流体域分析
5.2.1 月池内波高对比
5.2.2 迎浪状态下池壁压力对比
5.3 波浪载荷下立管水动力响应分析
5.3.1 立管水平作用力
5.3.2 立管水平位移
5.3.3 立管纵摇角度
5.3.4 立管表面压力
5.3.5 立管受力频谱分析
5.3.6 立管运动轨迹
5.4 流载荷下海洋立管水动力响应分析
5.4.1 月池内流体运动
5.4.2 立管水平作用力
5.4.3 立管表面压力及频谱分析
5.5 本章小结
总结与展望
1.总结
2.研究展望
参考文献
附录
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢悬链式立管出平面涡激振动模态分析及试验验证[J]. 姚兴隆,黄维平,常爽,刘娟,付雪鹏. 振动与冲击. 2018(13)
[2]月池共振对超深水钻井船运动性能的影响[J]. 张利军,杨朕,赵志坚,曹凯. 船舶工程. 2018(05)
[3]基于有限元的深水隔水管涡激振动分析[J]. 沈国华,王儒朋. 天津科技. 2018(03)
[4]基于ANSYS的门式起重机桁架式主梁设计系统研究及应用[J]. 胡晓丽. 机械研究与应用. 2017(01)
[5]Effects of tension on vortex-induced vibration（ⅥⅤ） responses of a long tensioned cylinder in uniform flows[J]. Ling Kang,Fei Ge,Xiaodong Wu,Youshi Hong. Acta Mechanica Sinica. 2017(01)
[6]两种典型立柱截面张力腿平台的涡激运动试验研究[J]. 李磊,黄维平,郭传山,钟诗民. 中国造船. 2016(04)
[7]“海洋石油112”号FPSO单点系泊模型试验与数值计算对比分析[J]. 詹燕民,张天宇,张大刚. 船舶. 2016(05)
[8]深海采矿系统水动力技术研究综述[J]. 吴波,程小明,田超,杜新光,林强. 中国造船. 2016(03)
[9]张力腿漂浮式风力机的运动响应计算[J]. 王枭,王同光,曹九发. 南京航空航天大学学报. 2016(04)
[10]含月池开孔的FPSO水动力性能及波浪载荷研究[J]. 章柯,杭岑,施兴华,徐烁硕. 船舶工程. 2016(S2)
博士论文
[1]深水钻井隔水管动力特性及涡激振动响应实验与理论研究[D]. 毛良杰.西南石油大学 2015
[2]开口式月池水动力特性研究[D]. 黄磊.天津大学 2014
[3]海洋立管涡致耦合振动CFD数值模拟研究[D]. 赵婧.中国海洋大学 2012
[4]海洋深水钻井隔水管系统分析[D]. 周俊昌.西南石油学院 2001
硕士论文
[1]海洋钻井隔水管力学问题研究[D]. 郭孟强.西安石油大学 2016
[2]深水钻井隔水管力学特性与涡激振动研究[D]. 万长成.西南石油大学 2016
[3]波流联合作用下海洋立管载荷与响应分析[D]. 吴梓鑫.江苏科技大学 2015
[4]深水钻井隔水管的振动分析与数值模拟[D]. 杨茂红.中国石油大学 2008
[5]海洋立管在非线性波浪载荷下的极值响应研究[D]. 邓合霞.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3242202
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3242202.html
