半潜式钻井服务支持平台风载荷数值模拟计算
发布时间:2017-08-13 19:00
本文关键词:半潜式钻井服务支持平台风载荷数值模拟计算
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【摘要】:半潜平台作为一种海上高耸结构物,对风载荷尤为敏感。由台风(飓风)所导致的平台倾覆,不仅威胁人员生命安全、带来难以估量的经济损失,更重要的是海洋平台倾覆也往往伴随着漏油污染事故,因此平台风载荷的准确预报对其安全性及经济性具有重要的意义。目前国内对半潜平台风载荷的数值计算仍以定常风或梯度风为主,而较少涉及随机风,因此本论文以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用数值风洞和规范计算相结合的方法对BT-3500 TSV在定常风与随机风作用下的风载荷进行分析研究,并对平台的遮蔽效应进行了初步计算分析,最终提出了3种平台优化方案并进行了优劣性比较。论文的主要研究内容如下:(1)现实中的风具有一定的随机性和脉动性。选取Davenport、API、NPD风谱进行研究,分析比较了不同高度、不同平均风速对3个风谱谱密度值的影响;采用简谐波叠加的方式,利用C语言编程,将3个风谱转换为时程脉动风速,并分析比较了不同参考风速对随机风脉动区间的影响;(2)依据CCS、ABS、DNV船级社规范给出的风荷载计算方法,对该半潜式服务支持平台在不同工况下风载荷进行规范计算,并进行对比分析,为后续评估数值模拟结果提供参考依据;(3)采用数值模拟对BT-3500 TSV进行定常风与随机风载荷研究。建立各工况数值模型,通过Fluent自带的UDF接口导入编译的随机风程序,引入雷诺平均NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台BT-3500TSV在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究;将随机风计算结果与规范计算值以及定常风数值模拟结果进行对比分析,同时对平台压力分布等进行阐述分析;(4)对遮蔽效应进行了详述,并利用归纳总结的遮蔽效应研究成果计算了平台泥浆舱的遮蔽系数,使得规范计算值更接近于实际值;(5)研究了不同间距比、高度比下串列布置的两方柱以及两圆柱之间的遮蔽效应,对被遮蔽方柱、圆柱的风力与遮蔽系数进行了统计分析;(6)选取平台上层建筑中5个典型构件,计算了无倾斜工况下其在平台上实际所受风力与单独受风时的风力,并进行了分析对比,给出了遮蔽系数与被遮蔽率,为更详细的研究平台上层建筑各构件所受风力提供详细的数据支持;(7)通过对平台各构件的受力分析以及各构件间的相互遮蔽作用,同时结合国内外半潜式钻井服务支持平台结构与布局设计的经验,提出3种优化方案,并进行定常风与随机风作用下的数值模拟,比较了3种方案的优劣性,为后续的设计研究提供参考和依据。
【关键词】:半潜式钻井服务支持平台 风载荷 定常风 随机风 数值计算
【学位授予单位】:江苏科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U674.381
【目录】:
- 第1章 绪论12-21
- 1.1 研究背景12-13
- 1.2 研究平台风载荷的意义13-15
- 1.3 国内外海洋平台风载荷研究现状15-19
- 1.3.1 规范计算与现场实测15
- 1.3.2 风洞实验15-16
- 1.3.3 计算风工程16-19
- 1.4 本文主要研究内容与创新点19-21
- 1.4.1 本文主要研究内容19-20
- 1.4.2 本文的创新点20-21
- 第2章 随机脉动风速模拟及数值计算理论21-37
- 2.1 随机脉动风的组成21
- 2.2 风谱21-26
- 2.2.1 Davenport风谱21-23
- 2.2.2 NPD风谱与API风谱23-25
- 2.2.3 距海平面高度对风谱的影响25-26
- 2.3 随机脉动风速时程曲线的生成26-33
- 2.3.1 Davenport风谱生成随机脉动风速27-30
- 2.3.2 NPD风谱生成随机脉动风速30-33
- 2.4 数值计算理论33-36
- 2.4.1 流体力学基本方程33-35
- 2.4.2 DES湍流模型35-36
- 2.5 本章小结36-37
- 第3章 定常风与随机风作用下平台风力及风倾力矩37-95
- 3.1 数值计算流程37-38
- 3.2 数值模型建立38-44
- 3.2.1 研究对象及计算工况38-40
- 3.2.2 计算流域与边界条件40-41
- 3.2.3 Fluent求解参数设置41
- 3.2.4 网格的划分41-44
- 3.3 规范计算平台风力及风倾力矩44-63
- 3.3.1 CCS规范计算平台风载荷44-49
- 3.3.2 ABS规范计算平台风载荷49-53
- 3.3.3 DNV规范计算平台风载荷53-59
- 3.3.4 CCS,ABS,,DNV三种规范计算结果比较59-63
- 3.4 随机风、定常风数值模拟结果及与规范计算结果比较63-92
- 3.4.1 无倾斜、吃水 12.5m工况 163-70
- 3.4.2 倾斜 17°、吃水 14.16m工况 270-77
- 3.4.3 倾斜 5°、吃水 12.56m工况 377-84
- 3.4.4 倾斜 17°、吃水 14.04m工况 484-92
- 3.5 本章小结92-95
- 第4章 遮蔽效应研究95-120
- 4.1 遮蔽效应概述95-96
- 4.2 遮蔽效应研究成果总结与归纳96-100
- 4.3 遮蔽效应的研究100-112
- 4.3.1 遮蔽效应随间距比的变化研究100-107
- 4.3.2 遮蔽效应随高度变化的研究107-112
- 4.4 平台上层建筑遮蔽效应研究112-118
- 4.5 本章小结118-120
- 第5章 平台上层建筑布局及结构形式优化120-138
- 5.1 平台上层建筑优化依据120-121
- 5.2 三种平台上层建筑优化方案详述121-128
- 5.2.1 平台上层建筑优化方案 1121-124
- 5.2.2 平台上层建筑优化方案 2124-126
- 5.2.3 平台上层建筑优化方案 3126-128
- 5.3 Fluent求解参数设置与湍流模型128
- 5.4 定常风作用下3种优化方案风力与风倾力矩比较128-135
- 5.4.1 无倾斜工况各方案风力与风倾力矩比较128-132
- 5.4.2 倾斜 5°工况各方案风力与风倾力矩比较132-135
- 5.5 随机风作用下3种优化方案风力与风倾力矩比较135-136
- 5.6 本章小结136-138
- 第6章 总结与展望138-141
- 参考文献141-145
- 攻读硕士学位期间发表的论文145-147
- 致谢147-150
- 摘要150-152
- ABSTRACT152-153
本文编号:668809
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