半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义.该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解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在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证.计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致.     

基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。     

基于不同国家规范的半潜式钻井服务支持平台风载荷计算及对比研究

风载荷是海洋平台设计载荷之一,对平台稳性起着至关重要的作用,同时也关系到平台结构的安全,确定平台在不同工况下的风力与风倾力矩值具有重要的工程意义.文中以半潜式钻井服务支持平台BT-3500 TSV为研究对象,采用中国船级社(CCS)、挪威船级社(DNV)和美国船级社(ABS)3种规范,对平台在4种典型工况下的风载荷进行了计算,对比了不同规范对风载荷计算结果的差异,分析和归纳了不同风向角下平台风倾力矩的变化趋势.     

不同集装箱布置下船舶风载荷数值仿真

采用数值仿真手段,在各风向角下计算分析船舶甲板上6种不同的集装箱堆箱布置对船舶纵向风向力、横向风力和艏摇风力矩的影响。借助风洞设备对相应研究工况进行风洞试验验证,结果表明数值计算结果与试验结果吻合较好。为有效评估不同堆箱布置形式下航行集装箱船的风阻力,提出考虑遭遇风向角范围的"阻力系数面积RA"评估指标。     

船舶风载荷数值模拟中流域构造方法的研究与应用

以15 000 TEU集装箱船为计算对象,针对船舶风荷载数值模拟中多风向角工况下大量重复性工作问题,基于STAR-CCM+平台,提出3种计算域构造方法:移动参考系模型法(MRF)、重叠网格法(Overset Mesh)、内外域分区构造法(Subregion),实现多风向角计算模型共享,助力风载荷数值建模的完全流程化和自动化。3种构造方式下风载荷数值模拟结果具有很好的一致性,验证了方法的同质性,并将正迎风时纵向力系数与Fujiwara经验公式对比,差异不大,初步证实计算结果的准确性,待后续风洞试验结果的进一步验证。     

基于CFD的某内河游船风载荷系数计算

为获得船舶风载荷系数的准确计算方法及其在不同风向角下的分布规律,以某内河船舶为研究对象,对船舶水上结构表面风场风压进行数值模拟,得到不同风向角下的风载荷系数,将计算结果与Fujiwara和Blendermann方法对比,结果表明,k-εRealizable湍流模型在计算风载荷系数时准确度较高;随着风向角变化,船舶风载荷系数变化较大;所采用的数值计算方法及网格形式可较好预报游轮风阻力。     

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。     

基于ANSYS平台的散货船风载荷计算方法

为了评估散货船在突发性大风下的安全情况,研究采用计算流体动力学方法对船舶的风载荷进行仿真计算。文章基于船舶的二维图纸建立三维模型,应用ANSYS平台的Fluent仿真模块对三维模型进行网格划分,形成有限元模型。对在不同风速、不同吃水、不同风向角下的船舶有限元模型进行仿真计算,获得不同工况下船舶的风载荷数值。仿真结果为散货船抗风等级提供依据,也便于发现散货船受力的薄弱环节,为船舶的设计建造提供参考。     

风力助推转子和气层结构对船体稳性的影响

以55 m中尺度试验船为研究对象,开展风力助推转子和气层结构在不同风向角下产生的转子力矩对船体稳性的影响,以及内凹式气层结构对船体稳性的影响。分析结果表明：横向来风对船体横倾影响最大,而首向来风10°左右时,转子产生的横向力矩最大;布置内凹式气层结构能提高船体稳性。该计算评估方法可为船体的稳性安全提供技术支撑,同时可以为其他船舶布置转子和气层结构提供参考。     

自升式平台风载荷的空气动力学干扰研究

风载荷是白升式平台的主要控制载荷,现行规范在计算风载荷时主要采用面积投影法,不考虑空气动力学干扰的影响,结果偏于保守。以自主研发的122m（400ft）自升式平台为例,通过风洞实验得到其各风向角下的干扰因子伊。在此基础上,采用求解RANS方程的方法,结合k—ε湍流模型对风载荷的空气动力学干扰现象进行数值模拟,所得伊值与实验结果吻合良好,揭示了这种干扰现象对自升式平台风载荷的影响。     

超深水钻井船风载荷预报

以某超深水钻井船作为研究对象,应用CFD技术对其作业工况进行基于实尺度的风载荷数值预报,并对1#x302F;140的缩尺后模型展开风洞试验。对比数值计算、风洞试验与API规范计算3种不同方法得到的风载荷计算结果表明,应用数值模拟方法得到的计算结果与风洞试验值吻合较好,而规范计算的结果则过于保守,且相差最大时分别较数值模拟和风洞试验结果高出55.9%和62.9%。     

海洋平台稳性计算分析

以自升式钻井平台和在建的FPSO项目稳性计算分析为例,从风模型的建立、风载荷计算及风向角的角度进行FPSO稳性计算,综合考虑不同规范的要求,确定平台完整稳性和破舱稳性衡准,定义开口、破损范围及渗透率等参数,并利用NAPA软件对海洋平台进行配载,计算平台在各种工况下的稳性,明确稳性计算方法的正确性。     

FX自升式平台拖航稳性研究

自升式平台在拖航移位时,大部分桩腿位于平台上部,受风面积很大,在平台拖航移位过程中会受到很大的风倾力矩,有可能导致平台倾覆,故需对平台拖航进行稳性分析研究,确保平台拖航安全。本文提出了一种利用Moses软件对FX自升式平台进行完整稳性和破舱稳性分析的方法,该方法简单实用,计算效率高。使用该方法分析平台稳性,得出如下结论：自升式平台的吃水越大,其稳性越差；FX平台完整稳性的危险风向角为15度,破舱稳性的危险风向角为120度,最危险的破舱组合为压载舱2和4。论文成果可为类似平台的稳性分析提供参考,为平台的安全拖航提供技术支持。     

风、浪、流联合作用下钻井船漂移载荷时域模拟

基于定位考虑对带月池的深水作业钻井船的漂移载荷进行了时域模拟分析。采用API风谱描述不规则风场,基于风生浪因素设置分析的环境参数,基于OCIMF计算风载荷和流载荷;利用势流理论和Newman假设计算二阶波浪漂移力载荷,提取得到数值结果并进行处理,得到不同方向、不同环境条件下各项漂移力的统计值和统计特征。结果表明:在时域内对深水作业钻井船漂移载荷进行分析,更加具有真实性,波浪、风、流引起的漂移载荷依次减小,且均随环境条件的增大而快速增加;在风向、流向和浪向不同时,使得船首处于迎浪状态对钻井船的定位有利;优化船体外型是降低钻井船漂移载荷的有效手段。     

非对称半潜式起重平台流载荷数值分析

基于计算流体力学(CFD)软件FINE/MARINE对非对称半潜式起重平台的流载荷进行了研究,完成了流向角0°～360°(间隔15°)共计25种工况下平台流载荷的计算。重点对流载荷随流向角的变化规律、载荷系数及平台附近流场分布等特性进行了研究。结果表明,在来流速度相同的情况下,流向角变化对平台周围流场分布有较大影响,60°流向角时平台的流载荷最大。通过平台在自由面上的流场分布,可以分析流载荷的变化规律。     

自升式起重平台站立工况总体特性研究

采用有限元计算方法针对起吊能力800t的自升式起重平台站立状态在设计环境载荷作用下的桩腿强度、桩靴支反力、锁紧装置承载力、抗倾稳性及风、浪、流载荷影响因子等内容进行了分析研究,结果表明环境载荷作用方向90°时,桩腿UC值(实际应力与许用应力之比值)最大,对平台桩腿结构最为不利;风、浪载荷对桩腿UC值影响颇大,正确计算风、波浪载荷对平台结构安全评估有重要意义。     

不同堆垛模式下集装箱船风载荷特性研究

[目的]针对实海域风浪因素的船舶性能评估与优化技术是船舶能效设计的关键环节,而风载荷是实海域船舶风浪环境载荷的重要组成部分。对大型集装箱船而言,堆垛模式对船舶风载荷特性具有显著影响。为定量研究其影响规律,[方法]针对具有相同集装箱装载量但堆垛模式互有差异的10 000 TEU大型集装箱船模型,开展覆盖多风速、全风向角范围的系列风洞实验,并采用CFD数值计算和藤原敏文经验公式等计算方法进行交叉验证。[结果]分析结果表明,船舶横、纵向受风区域的形状参数对于风载荷特性影响显著,呈流线型或阶梯型布置的常规堆垛模式整体上风载荷特性较好,但具有多个空缺的特殊堆垛模式在艏摇力矩等方面占有一定优势。[结论]研究结果可为实际工程中的集装箱堆垛模式设计和风载荷计算评估提供技术参考。     

门机回转惯性载荷对传动系统的影响

分析门机回转机构起制动时惯性载荷对传动装置性能的影响，给出了各类回转阻力矩以及各工况下传动系统所受阻力矩的计算公式，并以四连杆门机为例计算出各种工况下电机的功率以及行星减速器输出轴所受的外阻力矩，作为回转机构传动系统选型计算的依据。     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

岸边集装箱起重机风载荷数值模拟研究

岸边集装箱起重机抗风性能设计是不可缺少的控制性环节。本文对65t-65m岸边集装箱起重机风洞试验的模型进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。通过计算几个典型的风向角和风速工况下起重机风洞试验模型，得到了丰富的流场及压力场信息，并绘制了速度分布和压力分布图。与风洞试验的数值对比，所得误差较小，说明使用CFD数值模拟的方法计算岸边集装箱起重机风载荷是可行的。