FLNG系统进行旁靠卸载作业时的水动力性能研究

针对大型浮式液化天然气(FLNG)系统与液化天然气(LNG)运输船以旁靠方式进行LNG卸载时的船体的水动力性能开展了水池模型试验。实验全面考虑了近靠物体之间的水动力耦合,以及船体与系泊系统及连接系统之间的耦合。通过水池模型实验得到了在风、浪、流共同作用下FLNG船体的运动响应情况、FLNG与LNG运输船间的相对运动情况、系泊系统的受力情况、两船之间连接系统的受力情况。借助统计分析手段对实验数据进行分析研究,讨论了FLNG进行旁靠卸载作业时的水动力性能。     

FLNG尾输过程耦合运动分析

采用数值计算方法研究FLNG尾输过程的动力特性。根据中场理论计算FLNG与LNG运输船的耦合水动力,并建立包括FLNG和LNG运输船、单点系泊系统以及外输定位缆绳的耦合分析模型进行运动求解。结果表明,在FLNG尾输过程中,可能将发生耦合水动力效应,而非耦合的水动力模型将将高估作用于两船体特别是LNG运输船上的波浪漂移力。风与海流有助于提升整体系统的稳定性,并而降低两船碰撞的风险。     

南海FLNG尾输作业可行性研究

以一艘小型天然气液化船(FLNG)为例,采用数值方法模拟该FLNG进行尾输作业时的总体性能,对比分析了不同缆绳材料对于FLNG与LNG运输船(LNGC)之间相对运动的控制作用,分别根据尾输系统特定的限位要求和系泊设计规范,对两船相对运动及单点系泊系统动力响应结果进行校核。研究表明:两船相对运动与单点系泊动力响应结果满足外输作业要求。在系泊设计阶段,缆绳材料的选取对于保障外输方案的可行性具重要影响,系泊缆绳轴向刚度的选取必须能对两船体之间的水平方向位移的波浪频率响应起到控制作用。此外在外输过程中,尾输系泊缆绳将经历冲击张紧过程,导致张力幅值迅速上涨,设计时必须予以充分考虑。     

连接缆形式对旁靠外输安全的影响分析

联合考虑FPSO与穿梭油船之间的水动力耦合效应,以及船体与软刚臂系泊系统、连接缆、旁靠靠球之间的相互作用,基于三维势流理论对软刚臂系泊FPSO旁靠外输作业进行多浮体水动力响应时域分析。针对耦合外输系统中的连接缆,分析缆绳刚度、绳长和布置形式的改变对缆绳安全系数的影响。通过不同环境组合下两种典型装载工况结果分析表明:加粗连接缆、交叉布缆、以及调整连接缆长度使得连接缆受力均衡可以有效地提高系统作业安全性。     

FPSO串靠外输作业水动力耦合响应分析

FPSO与穿梭油轮串靠外输作业时两船体之间的相互作用较为复杂,基于多体水动力学方法对两浮体的运动响应进行分析.应用水动力学软件ANSYS-AQWA建立耦合响应分析模型,计算单点系泊FPSO与穿梭油轮之间的水动力影响.通过时域分析得到不同风浪流组合工况下系泊锚链与浮体之间系泊大缆的张力变化曲线,分析张力及大缆的变化特性,为串靠外输作业提供参考依据.     

LNG并靠外输作业时水动力性能数值研究

利用水动力分析软件HydroSTAR和锚系泊软件Ariane7,对LNG浮式储存及再气化装置(LNG-FSRU)和穿梭LNG船(Shuttle-LNG)组成的多浮体系统在并靠外输作业时的水动力性能进行分析研究.重点对单船和并靠下的RAO曲线进行了对比;在一定环境组合下考虑水动力相互干扰的因素,对多浮体系统进行了时域分析,得到了此海况下的船体运动、相对运动、两船之间系泊缆张力以及护舷反力等的特性,可为装卸臂的设计和实际工程应用提供相关技术依据.     

基于AQWA的旁靠油轮水动力相互作用研究

船舶旁靠系统的水动力响应是一个非常复杂的工程问题,系统中每一个结构的动力响应会受到其他结构的耦合影响。针对两旁靠FPSO和LNG运输船组成的旁靠系泊系统,基于三维势流理论,应用多体水动力学软件AQWA,在考虑两船间水动力相互作用的情况下,计算两旁靠船舶所受到的波浪载荷,并与不考虑两船水动力相互作用的计算结果进行对比分析。结果表明,旁靠系泊系统水动力相互作用是不可忽略的。同时也分析了不同旁靠间距对水动力性能的影响,结果发现旁靠间距只在中高频段时对水动力性能的影响较大。研究结果可为旁靠系统系泊方案的设计和研究提供一定的参考。     

江中型LNG加注趸船旁靠系泊作业的安全性

内河LNG加注趸船是我国提出并得到实际应用的一种新船型,适用于长江、珠江等季节水位高差变化较大的天然性水域。采用水动力数值分析方法,针对一艘典型的江中型LNG加注趸船,分析3种不同吨级LNG动力船旁靠系泊加注趸船进行补给作业时,在风、浪、流载荷联合作用下,两船旁靠系泊的水动力安全问题,并给出3种不同吨级LNG动力船旁靠作业的限制环境条件建议值。研究结论可为实际工程操作提供有益参考。     

江中型LNG加注趸船旁靠系泊作业的安全性

内河LNG加注趸船是我国提出并得到实际应用的一种新船型,其适用于长江、珠江等季节水位高差变化较大的天然性水域。本文采用水动力数值分析方法,针对一艘典型的江中型LNG加注趸船,研究分析了三种不同吨级LNG动力船旁靠系泊加注趸船进行补给作业时,在风、浪、流载荷联合作用下,两船旁靠系泊水动力安全问题,并给出了三种不同吨级LNG动力船旁靠作业的限制环境条件建议值。研究结论可为实际工程操作提供有益参考。     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

系泊状态下漂浮式潮流能电站水动力性能试验研究

本文以漂浮式潮流能电站系统为研究对象,针对其在系泊状态下是否搭载水轮机两种形式,对载体模型进行不同波浪参数下的运动特性试验.实验首先对载体在自由状态下的运动特性进行校核,当试验数据与理论计算数据吻合后,对载体在系泊状态下的运动响应特性进行试验研究.研究载体在不同搭载状态和不同波浪参数下的水动力响应,分析该潮流能电站载体在浪、流作用下的运动规律.     

一腱断裂下深水张力腿平台非线性动力响应及系泊特性研究

张力腿平台采用特殊的垂直系泊系统,属于半顺应半刚度式平台,平台主体-系泊系统-立管之间的耦合动力响应是张力腿平台设计的关键,直接影响平台的安全性和可靠性。文中首先采用数值模拟和模型试验相结合的手段对一座工作水深为500m的张力腿平台运动响应和系泊特性进行了对比验证,模型缩尺比为1：40,试验在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,数值计算采用SESAM软件。在试验验证的基础上重点对一腱断裂的前、后平台水动力性能进行了对比分析,重点关注有义波高、特征周期以及浪向角等因素对六自由度运动响应以及张力腿张力特性的影响。     

深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析

文章基于三维时域势流理论和弹性细长杆理论,研究并提出了深海系泊浮体物面非线性时域耦合动力分析方法。该方法采用时域物面非线性理论方法在瞬态位置直接时域模拟系泊浮体所需水动力,结合有限元方法计算系泊缆索的动力响应,利用异步耦合方法实现浮体和系泊缆索的时域耦合动力求解。既满足系泊浮体时域水动力耦合,又满足系泊浮体和系泊缆索动力耦合。通过对二阶非线性不规则波作用下深海系泊半潜式平台的时域耦合响应特性进行研究,将不同海况下物面非线性时域耦合静力响应和动力响应与间接时域耦合动力响应的三种方法计算结果进行比较。研究结果表明,系泊缆索动力响应明显,平台瞬态空间位置对垂荡低频运动影响较大,有必要在平台瞬时湿表面采用动力响应方法进行深海系泊浮体时域耦合响应分析。     

锚链预张力对FDPSO运动响应的影响

作为一种综合性浮式平台,浮式钻井生产储油船简称FDPSO,具备石油钻探、生产、储备等功能,是在浮式生产储油船的基础上发展而来.FDPSO主要工作于海况比较恶劣的深水海域,因而如何准确预报FDPSO的运动响应和锚链的预张力非常必要.本文基于时域耦合方法对FDPSO运动响应和锚链的预张力进行预报,在此基础上将数值结果与试验结果进行对比以验证理论计算的可靠性.通过改变锚链线的预张力来研究预张力对FDPSO运动响应的影响.文中提供了运动响应的时历曲线和响应谱,并对比分析其中的异同,结果表明锚链预张力对纵荡、横荡和横摇运动的响应影响比较大.     

浮式海上风力机运动性能和锚泊系统(英文)

The development of offshore wind farms was originally carried out in shallow water areas with fixed(seabed mounted) structures.However,countries with limited shallow water areas require innovative floating platforms to deploy wind turbines offshore in order to harness wind energy to generate electricity in deep seas.The performances of motion and mooring system dynamics are vital to designing a cost effective and durable floating platform.This paper describes a numerical model to simulate dynamic behavior of a new semi-submersible type floating offshore wind turbine(FOWT) system.The wind turbine was modeled as a wind block with a certain thrust coefficient,and the hydrodynamics and mooring system dynamics of the platform were calculated by SESAM software.The effect of change in environmental conditions on the dynamic response of the system under wave and wind loading was examined.The results indicate that the semi-submersible concept has excellent performance and SESAM could be an effective tool for floating wind turbine design and analysis.     

多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

大吨位沉船打捞多体系统耦合水动力特性研究

双驳船抬吊法是大吨位沉船打捞中主要采用方法之一。两艘驳船、难船构成的系统具有尺度大、间距小等特点,波浪环境形成复杂水动力耦合效应,基于势流理论,增加人工阻尼修正其粘性影响,利用AQWA软件开展单驳船、两驳船约束其一、两驳船耦合三种状态多体系统水动力数值预报研究,重点分析不同状态下驳船运动响应及波浪载荷,探讨了驳船约束模式、浪向角及周期对驳船水动力影响规律,探明了浪向角与周期对驳船耦合水动力及运动响应不利干扰,对指导沉船打捞多体系统的空间布局与作业海况具有重要意义。     

浮式风机气动-水动耦合特性数值模拟（英文）

The exploration for renewable and clean energies has become crucial due to environmental issues such as global warming and the energy crisis. In recent years,floating offshore wind turbines(FOWTs) have attracted a considerable amount of attention as a means to exploit steady and strong wind sources available in deep-sea areas. In this study, the coupled aero-hydrodynamic characteristics of a spar-type 5-MW wind turbine are analyzed. An unsteady actuator line model(UALM) coupled with a twophase computational fluid dynamics solver naoe-FOAM-SJTU is applied to solve three-dimensional Reynolds-averaged NavierStokes equations. Simulations with different complexities are performed. First, the wind turbine is parked. Second, the impact of the wind turbine is simplified into equivalent forces and moments. Third, fully coupled dynamic analysis with wind and wave excitation is conducted by utilizing the UALM. From the simulation, aerodynamic forces, including the unsteady aerodynamic power and thrust, can be obtained, and hydrodynamic responses such as the six-degrees-of-freedom motions of the floating platform and the mooring tensions are also available. The coupled responses of the FOWT for cases of different complexities are analyzed based on the simulation results. Findings indicate that the coupling effects between the aerodynamics of the wind turbine and the hydrodynamics of the floating platform are obvious. The aerodynamic loads have a significant effect on the dynamic responses of the floating platform, and the aerodynamic performance of the wind turbine has highly unsteady characteristics due to the motions of the floating platform. A spar-type FOWT consisting of NREL-5-MW baseline wind turbine and OC3-Hywind platform system is investigated. The aerodynamic forces can be obtained by the UALM. The 6 DoF motions and mooring tensions are predicted by the naoe-FOAM-SJTU. To research the coupling effects between the aerodynamics of the wind turbine and the hydrodynamics of the floating platform, simulations with different complexities are performed. Fully coupled aero-hydrodynamic characteristics of FOWTs, including aerodynamic loads, wake vortex, motion responses, and mooring tensions, are compared and analyzed.