深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究

发布时间：2017-09-06 01:05

  本文关键词：深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究

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【摘要】：半潜式平台作为主流海洋采油平台之一,具有很多优势:甲板面积大,在波浪作用下运动性能良好,可变载荷高,用途广泛等。为进一步改善垂荡性能,采用深吃水设计已成目前发展趋势。半潜式平台的立柱一般由四根或者更多柱体构成。深吃水半潜式平台(DDS)在一定的海洋流场条件下,会因为柱体表面漩涡脱落产生脉动压力,从而诱发涡激运动现象,对平台锚链和立管的疲劳寿命产生不利影响。波流耦合作用于DDS对涡激运动的影响同样受到广泛关注。本文通过模型试验和计算流体力学(CFD)数值模拟,针对一新型方形截面立柱方形布置的深吃水半潜式生产平台,研究其在180°来流方向波浪和流耦合作用时的涡激运动响应。数值模拟时以正弦振荡流模拟规则波,研究不同KC数、不同相对流数规则波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动响应。研究结果表明,规则波对于流致涡激运动有减小作用,且在UT/D=0.5附近出现最小值;而波陡对于DDS涡激运动响应影响较小;规则波波高对半潜式平台涡激运动影响较大;规则波对DDS涡泄频率影响可以忽略。为了探究立柱截面以及立柱布置对平台涡激运动的影响,针对一新型矩形截面立柱矩形布置和一常规方形截面立柱方形布置的半潜式平台,采用数值模拟的方法,研究其在典型135°来流方向,以正弦振荡流模拟波浪,考虑不同KC数、不同相对流数规则波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动。研究表明,较之于仅有均匀流作用,均匀流和正弦振荡流耦合作用时,常规方形截面方形布置立柱的半潜式平台涡激运动响应明显减小,而矩形截面矩形布置立柱的半潜式平台运动响应明显增大。振荡流作用对于不同截面立柱半潜式平台流致涡激运动响应影响显著。
【关键词】：深吃水半潜式平台 涡激运动 数值模拟 规则波 均匀流
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U661;U674.381
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9-13
• 1.1.1 海洋油气开发现状9-12
• 1.1.2 半潜式钻井平台12-13
• 1.2 深吃水半潜式平台涡激运动研究现状13-18
• 1.2.1 涡激运动的提出13-15
• 1.2.2 涡激运动研究现状15-18
• 1.3 研究内容以及研究意义18-19
• 1.4 本章小结19-21
• 第二章 涡激运动研究的理论基础和方法21-36
• 2.1 涡激运动形成机理21-22
• 2.2 涡激运动参数22-26
• 2.2.1 均匀流相关参数22-23
• 2.2.2 振荡流相关参数23-24
• 2.2.3 运动参数24
• 2.2.4 无因次力系数24-25
• 2.2.5 斯特劳哈尔数25-26
• 2.3 研究方法及基础理论26-31
• 2.3.1 研究方法26
• 2.3.2 数值模拟基础理论26-29
• 2.3.3 数值模拟计算方法29-30
• 2.3.4 动网格方法30-31
• 2.3.5 规则波与振荡流31
• 2.4 数值模拟方法的验证31-35
• 2.4.1 单圆柱静止绕流模拟结果验证32-33
• 2.4.2 四圆柱对称布置静止绕流模拟结果验证33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 新型方形截面DDS波流耦合作用涡激运动响应模型实验研究36-55
• 3.1 模型实验方案36-40
• 3.1.1 实验模型36-38
• 3.1.2 实验布置38-39
• 3.1.3 实验内容39-40
• 3.2. 实验结果与分析40-53
• 3.2.1 横荡运动响应41-48
• 3.2.2 纵荡运动响应48-51
• 3.2.3 XY平面内的轨迹51-53
• 3.3 本章小结53-55
• 第四章 新型方形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究55-68
• 4.1 平台的数值模型55-56
• 4.2 横荡运动响应56-61
• 4.3 纵荡运动响应61-64
• 4.4 XY平面内的运动轨迹64-65
• 4.5 升力和阻力响应65-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 新型矩形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究68-86
• 5.1 数值模拟内容及模型68-70
• 5.2 横荡运动响应70-76
• 5.3 纵荡运动响应76-80
• 5.4 XY平面内的轨迹80-82
• 5.5 升力和阻力响应82-84
• 5.6 本章小结84-86
• 第六章 常规方形截面立柱DDS波流耦合作用涡激运动数值模拟研究86-110
• 6.1 研究内容和工况86-88
• 6.2 均匀流下数值模拟结果88-89
• 6.3 振荡流与均匀流耦合作用下涡激运动响应89-108
• 6.3.1 横荡运动响应90-97
• 6.3.2 纵荡运动响应97-101
• 6.3.3 XY平面内的轨迹101-102
• 6.3.4 受力分析102-108
• 6.4 本章小结108-110
• 第七章 总结与展望110-114
• 7.1 研究总结110-112
• 7.2 论文的主要创新点112
• 7.3 研究展望112-114
• 参考文献114-117
• 攻读硕士期间发表或者录用的论文117-118
• 致谢118-120

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本文编号：801237