新型立柱储油式半潜平台水动力特性频域分析

近年来，海上油气工业的远海化与超深水化对半潜平台的响应性能与储送油能力提出了新的考验。为适应更高的工作要求，我国设计生产了世界上首座具有凝析油储存和动力定位穿梭油轮外输功能的立柱储油式半潜生产平台，其运行时储油量的大幅度变化会对平台水动力特性产生影响。本文建立了考虑储油量变化的储油式半潜平台水动力模型并对其进行了频域水动力分析。结果表明：储油量越大，垂荡与横摇一阶波浪力越小，横荡一阶波浪力越大；横摇与垂荡方向的辐射效应受储油量影响大，辐射阻尼随储油量增多而减小，满载状态下最多分别减小22%与42%，附加质量变化规律类似；垂荡RAOs随储油量的增多而减小，最大差值约1 m/m，横摇RAOs在储油量6000 t时达到最大值1.45°/m；储油量变化使垂荡和横摇方向的自然频率发生偏移。     

半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟

以三类内孤立波理论KdV、e KdV和MCC的适用性条件为依据,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对半潜平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下半潜平台水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,半潜平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。此外,半潜平台对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison和傅汝德—克雷洛夫力公式计算其内孤立波载荷是可行的。     

网衣生物附着对半潜式波浪能养殖平台水动力特性的影响

以“澎湖号”半潜式波浪能养殖平台为研究对象，采用基于1阶泰勒展开边界元法的中国数值水池软件，建立增加等效波浪载荷面积模拟生物附着的简化仿真方法，对6种生物附着覆盖面积率下的养殖平台频域运动响应进行分析。作为对均匀分布假设的修正，同时给出2种生物附着不均匀分布的模型，并将其计算结果与均匀分布模型的计算结果相对比。结果显示，网衣生物附着对平台横荡和垂荡2个自由度运动特性的影响显著，运动幅值最多增大10%左右，横荡2阶力增幅可达115.97%。     

新型半潜式浮式风机在不同流速下的动力响应特性研究

本文提出一种适用于50～120 m水深的新型半潜式浮式风机，用频域法研究浮式平台的水动力特性，通过建立风机-塔筒-浮式平台-系泊系统全耦合分析模型，考虑二阶差频波浪力作用，对其开展风、浪、流联合作用下的时域分析，重点分析不同流速条件下新型半潜式浮式风机耦合动力响应特性。分析结果表明：新型半潜式浮式风机结构设计合理，其固有周期能较好地避开波浪能量密集的周期范围，有效避免了共振发生；风浪条件一定的情况下，流速增大将使新型半潜式浮式风机的最大纵荡响应和锚链拉力显著增大，但对纵摇和艏摇响应有一定程度的抑制作用。流速变化对基础垂荡运动和发电功率影响较小。     

畸形波作用下半潜平台运动响应研究

海洋结构物的水动力性能研究对于安全、经济的工程设计至关重要.近年来,由海浪巨大波浪引起的事故越来越多地见诸报道,因此,有必要深入研究波浪尤其是畸形波对结构物产生的载荷及运动响应.海上浮式平台的运动响应与系泊载荷密切相关,而文中的出发点正是研究在何种波浪条件下会引起平台的最大运动响应.通过对一座设计作业水深为500 m的半潜式平台进行频域计算,获得了平台在自由漂浮状态下的响应函数(RAO),并与实验数据进行了比较.通过时域模拟,获得了新年波和"三姐妹"波作用下的平台运动响应,研究了畸形波的存在对于平台运动的影响.此外,还研究了畸形波中最大波峰值及连续大波的出现间隔对平台垂荡和纵摇运动的影响,可为后续研究和工程设计提供参考.     

畸形波作用下半潜平台运动响应研究（英文）

海洋结构物的水动力性能研究对于安全、经济的工程设计至关重要。近年来,由海浪巨大波浪引起的事故越来越多地见诸报道,因此,有必要深入研究波浪尤其是畸形波对结构物产生的载荷及运动响应。海上浮式平台的运动响应与系泊载荷密切相关,而文中的出发点正是研究在何种波浪条件下会引起平台的最大运动响应。通过对一座设计作业水深为500 m的半潜式平台进行频域计算,获得了平台在自由漂浮状态下的响应函数(RAO),并与实验数据进行了比较。通过时域模拟,获得了新年波和"三姐妹"波作用下的平台运动响应,研究了畸形波的存在对于平台运动的影响。此外,还研究了畸形波中最大波峰值及连续大波的出现间隔对平台垂荡和纵摇运动的影响,可为后续研究和工程设计提供参考。     

立柱附体对半潜式平台水动力性能的影响

增加立柱附体是改善半潜式平台性能的常用措施之一。文章为研究立柱纵向增加附体以及改变附体形状对半潜式平台水动力性能的影响,通过数值计算和模型试验,分析了立柱附体对平台运动固有周期和阻尼、平均波浪力、运动RAO以及不规则波作用下运动响应等的影响规律。结果表明:纵向立柱附体可以减小平台纵向平均波浪力以及平台的纵摇运动RAO,可显著改善平台在极端海况下的垂向运动响应;立柱附体的截面形状变化则几乎没有影响。     

考虑粘滞阻尼的Truss Spar频域响应分析

联合势流理论与修改的Morison方程,建立波浪作用下的Truss Spar平台运动响应计算模型。波浪激振力与相关水动力信息采用高阶边界元计算方法获得。通过数值模拟得到Truss Spar平台纵荡、垂荡和纵摇RAO,针对Morison阻力系数对响应的影响进行参数分析。计算结果显示,纵荡和纵摇仅在低频部分对阻力系数敏感。因此平台在遭受二阶波浪慢漂力作用时,粘滞阻尼将起到重要作用。对于垂荡方向,由于Truss Spar安装的垂荡板提供了较大的竖向粘滞阻尼,因此垂荡RAO受阻力系数的影响较大。     

深水养殖平台的水动力特性及锚泊安全

为研究深水养殖平台的水动力特性及其锚泊系统的安全性,以“振渔二号”深水养殖平台为例,开展物模试验和数值仿真计算。测试该平台在极限风速和流速下的外载荷作用力,并对其进行规则波频率运动响应试验和数值模拟,同时对其锚泊系统进行风、浪、流联合作用下的运动和系泊受力试验,获得该平台的水动力及其锚泊系统的受力特征值。物模试验和数值计算结果表明：忽略网衣的影响,纯波浪作用对平台运动的影响较小;在横风、横浪、横流作用下,锚泊系统最大受力对应的安全系数满足船级社相关指南的要求,有一定的安全裕度。研究成果可供深水养殖平台及其锚泊系统的优化设计和作业安全评估参考。     

新型漂浮式垂直轴风力发电机平台的动态响应分析

针对一种功率为50 kW的H型垂直轴风力机,为解决传统半潜式平台垂荡响应大的问题,设计一种安装垂荡架的半潜式风力机平台。考虑风、流及波浪载荷的综合作用,采用绕射/辐射理论和水动力分析方法,对传统平台和垂荡架平台的运动进行数值模拟,结合正交设计方法研究外浮筒数目、垂荡架安装位置、垂荡架形状对平台运动响应的影响。结果表明,在频域分析中,与传统平台相比,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值均有明显降低,垂荡响应极值减小10.4%;时域耦合分析结果与频域分析规律相同,垂荡架平台在垂荡、纵荡、纵摇3个方向上的响应极值、标准差均比传统平台降低,表明安装垂荡架后平台的稳定性更好;正交试验结果表明,对半潜式垂荡架平台垂荡时域RAO极值影响最大的因素是外浮筒的数目,其次是垂荡架布置位置,影响最小的是垂荡架的形状。     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义.本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1:40.采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算.验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持.     

减速翼对深海运载器近水面运动特性影响分析

为探究波浪和减速翼共同作用对深海运载器近水面出水和垂荡运动的影响规律,采用数值方法,分析不同减速翼张角和海况等级下运载器近水面运动受到的波浪载荷及其运动响应特性,并提出一种函数拟合的短期波浪力时域建模方法。研究结果表明：减速翼对运载器近水面垂荡运动有显著的抑制作用,减速翼张角越大,运载器实现水面稳定所需的垂荡次数越少,垂荡运动周期越短;低海况下运载器状态参数波动范围逐渐减小,高海况状态参数波动范围先减小后增大,在1 T波周期内垂向速度和纵倾角达到极小值,1 T～2 T波周期内纵倾角逐渐回复到90°;正弦和函数和非线性最小二乘法拟合适用于波浪载荷的短期时域建模。     

深水半潜平台波浪载荷模型试验研究

波浪载荷作为海洋平台在生命期内最重要的载荷形式,正确评估海洋平台的波浪载荷对结构的安全性具有重要意义。本文对一座深水半潜平台的波浪载荷进行模型试验和数值计算验证研究,模型缩尺比为1∶40。采用三维势流理论对半潜平台的波浪载荷进行数值仿真验证计算。验证结果表明本次模型试验方法较好地模拟了半潜式平台所承受的波浪载荷,其研究成果,可为半潜平台的设计提供支持。     

波浪中半潜式平台气隙响应预报

为了实现半潜式海洋平台气隙预报, 应用边界元数值方法计算平台垂荡运动的频率响应函数,根据线性变换原理计算给定海况下波浪与平台相对位移的谱函数, 建立平台在波浪中运动的气隙响应计算程序.通过对Veslefrikk半潜式平台气隙设计参数的校验计算表明, 所提供的气隙响应预报数值算法可以为工程设计提供参考依据.     

SPAR平台在波浪中运动的时域预报方法

在船舶与波浪相互作用时的三维预报方法的基础上,发展了SPAR平台与规则波相互作用的时域数值预报方法,该方法计入了SPAR平台垂荡和纵摇阻尼效应。使用该方法对一经典SPAR平台进行了规则波中的时域数值模拟。通过计算分析可以看出,该方法能捕捉SPAR平台在临界波浪周期下的耦合运动,验证了该方法的可靠性。     

国外核动力潜艇耐波性理论预报

采用STF理论和Frank源分布-紧密拟合法对国外核潜艇潜望状态进行了纵荡、垂荡、纵摇、横荡、横摇、艏摇和垂向加速度等波频运动耐波性理论预报.给出了不同航速、航向时的规则波运动响应和不同航速、航向、波高、波浪平均周期时的不规则波运动统计值.对典型艇型进行变化稳心高、纵向和横向惯性系数计算.最后对各艇进行了耐波性能比较.     

深水半潜式平台运动响应及截面波浪载荷模型实验研究

半潜平台在恶劣的海洋环境中将承受极端的环境载荷,从而导致相应的大幅运动,截面载荷以及系泊力。文章对一艘系泊在南海的典型半潜平台进行了综合试验研究。为了测量中纵剖面上的波浪载荷,半潜平台模型从中纵剖面处被剖开,并用3个六分力传感器进行连接。结果表明,当波浪周期在10 s附近时,中纵剖面处的截面传递函数达到最大值。而低频长波以及差频波浪成分对剖面载荷影响很小。文中还分别针对仅有波浪作用的海况和风、浪、流联合作用的海况,对半潜平台的运动和载荷情况进行了研究,发现风和流对平台波频运动影响较小,而对于低频运动,其影响要大于波浪作用。随着风和流的出现,中纵剖面的剪切力,分离力以及垂向弯矩增幅分别可达127.07%,51.87%和45.77%。与此同时,在风、浪、流的联合作用下,最大锚链力与锚链的破断强度比值达到了62.3%,接近规范中66.6%的限制。     

半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析

为了开发深海风能资源,研究浮基风电平台在波浪中的响应特性,设计了一种半潜式浮基风电平台。应用ADINA软件,采用边界造波方法、ALE动网格方法以及网格变疏增大数值黏性的消波方法构建了数值波浪水池,对ITTC半潜式平台在规则波作用下动力响应进行了数值模拟,通过与该平台的模型试验数据进行比较,验证了数值模拟方法的准确性。而后对一种新型的浮基风电平台在波浪中的运动进行了数值研究,给出了风电浮基平台在不同水深、不同波高波浪周期情况下横摇、纵摇时程曲线。数值计算结果将有助于了解浮基风电平台塔架顶端的运动、位移和受力,为海上风机系统的设计提供合理的荷载参数。     

不同吊载方向下半潜式拆解平台的运动响应

吊重是半潜式拆解平台的重要功能之一,其与风浪流载荷联合作用下的平台运动响应是衡量目标平台性能的关键指标。通过对一半潜式拆解平台进行仿真建模,利用AQWA软件分析其在一定的风浪流海况下的时域运动响应,获得不同吊载方向下平台的运动响应。结果表明:吊重方向对其垂荡无明显影响;逆风浪工况下,吊载方向对船体运动响应自由度有一定的抑制作用,-45°和90°为最佳吊载工况。     

风浪联合作用下船舶耐波性能的数值模拟

在以往船舶耐波性能研究过程中,忽略了风浪环境的模拟精度,造成在不同波高环境下,耐波性模拟结果与实测数据相差较大的问题。因而,设计风浪联合作用下船舶耐波性能的数值模拟方法。采用UDF造波技术以及二阶Stokes波浪理论完成海洋风浪仿真,获取船舶实测数据,引用有限元法构建船舶模型。结合响应关系算子,实现船舶耐波性能数值模拟。构建方法应用环节,将此方法与原有2种方法在不同波高下,对测试船舶的耐波性进行模拟。通过测试结果可知,此方法的模拟精度高于原有方法。