Spar平台垂荡板受迫振荡水动力特性研究

首先针对圆形实板以及不同透空率下垂荡板作受迫正弦振荡的水动力特性进行了数值模拟研究,得到垂荡板作正弦振荡的阻力和附加质量系数,进而分析得出透空率对垂荡板阻尼及附加质量的影响规律;其次比较了相同透空率情况下不同小孔数目对垂荡板水动力特性的影响,并比较了不同形状垂荡板的水动力特性;最后还对双板之间的间距进行了优化计算.在此基础上综合考虑垂荡板受迫振荡水动力特性,为深水Spar平台的垂荡板优化设计提供技术指导,使其能够有效地改善Spar平台的垂荡运动性能.     

半潜漂浮式风机垂荡板附加质量研究

半潜漂浮式风机基础往往采用立柱-垂荡板组合结构作为选型型式,这种选型型式的垂荡板附加质量是影响漂浮式风机垂向运动性能的重要参数。以基于边界元法的水动力分析为手段,对半潜漂浮式风机基础垂荡板附加质量的影响因素进行分析与讨论。研究表明：构成半潜漂浮式风机基础多个立柱的垂荡板附加质量彼此之间的干扰较小,并可根据单立柱-垂荡板结构的附加质量推导得到半潜式风机基础的垂向自由度运动整体附加质量。垂荡板-立柱直径比和垂荡板深度的改变都可以调整附加质量,然而从材料成本考虑,改变垂荡板-立柱直径比是较优的选择,最后根据简化计算模型和半潜漂浮式风机的频率设计策略给出了对于初步选型可选择的垂荡板-立柱直径比范围。     

具有垂荡板的Spar平台流体力学特性的数值模拟研究

  目的  为提高第2代深水Spar平台的水动力性能,对其桁架结构进行方案设计与优化研究。  方法  首先,基于三维势流理论研究垂荡板的运动方程,通过莫里森公式对桁架部分进行水动力计算,并结合工程经验提出桁架结构（含垂荡板）的初始设计方案;然后,对Spar平台的垂荡板及桁架结构进行数值计算,针对不同参数下的桁架结构进行时域及频域分析,探究平台垂荡板的数量、厚度、间距和桁架横截面积、斜桁架数量对Spar平台水动力性能的影响,以进一步优化设计方案。  结果  研究结果表明：确定垂荡板数量需综合考虑Spar平台各自由度的运动;垂荡板厚度越薄,平台水动力性能越好;垂荡板间距应为提升平台垂荡和纵摇性能效率最高的值;桁架横截面积对平台的运动响应影响较大,斜桁架数量影响相对较小。  结论  研究结果可为深、远海油气钻井平台设计提供有益的指导。     

抑制半潜式平台垂荡响应的方法研究

对抑制半潜式平台垂荡响应提出了两种解决方案。在没有系缆力作用的情况下,借助于吃水深度对垂荡响应幅值影响的理论研究,利用SESAM/HydroD软件进行数值计算,得到吃水深度增加对平台垂荡幅值的抑制规律。在有系缆力作用的情况下,考虑采用配置质量块的方法降低平台垂荡响应。用SESAM/DeepC软件进行时域分析,得到质量块抑制平台垂荡的规律。结果表明,两种方法对垂荡响应均有比较有效的抑制作用。     

Spar平台垂荡一纵摇耦合运动的不稳定性

研究了深水Spar平台垂荡—纵摇耦合不稳定运动的形式和条件。以经典Spar平台为例,基于垂荡包络线概念,分析了平台垂荡—纵摇耦合运动的相互放大效应及"舞动"运动。结果表明,当垂荡包络线周期与纵摇固有周期相等时,纵摇运动失稳;因纵摇对垂荡的耦合影响,垂荡幅值不断增大,同时垂荡运动的变化又影响纵摇运动,使得纵摇幅值小幅度增加,平台运动存在相互放大效应。纵摇失稳后,Spar平台将处在一种奇特的"舞动"运动形式。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响

文章采用CFD方法研究了Spar平台月池内部流体对平台垂荡运动的影响.建立了二维和三维的数值水池,并获得了稳定的规则波.针对月池的不对开口率计算了Spar平台的垂荡阻尼系数,分析了月池内部流体的运动特性,并研究了开口率对平台垂荡运动的影响.研究表明,半封闭月池时Spar平台的垂荡阻尼有所增大,月池的开口率影响月池内部流体的运动以及平台垂荡运动的RAOs.在实际中,对月池开口率的优化设计可以适当地降低Spar平台的垂荡运动.     

Trussspar平台垂荡一纵摇耦合运动数值模拟研究

采用SESAM软件建立平台模型进行数值模拟,得出平台在规则波浪中附加质量系数、阻尼系数和波浪力,建立平台垂荡-纵摇耦合方程,采用龙格库塔法求解该非线性方程,借助于Matlab软件编制计算程序,建立了垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法.针对Spar平台垂荡-纵摇耦合运动响应问题,与SESAM软件中的算法相比,本研究建立的垂荡-纵摇运动的非线性耦合算法更接近实际情况.     

一种新型深水多功能干树半潜平台水动力性能试验和数值研究（英文）

针对南海深远海油气田开发提出一种含有垂荡板的新型深水多功能干树半潜平台构型。与其他新型干树半潜平台相比,该新型平台采用张力腿和柔性接头的方式解决了主船体与垂荡板的连接问题。本文对该新型平台在不同海况下的水动力性能进行了试验和数值研究,数值结果与试验结果较好的吻合度证明了所采用的数值方法的正确性。随后,本文开展了一系列的敏感性分析进一步研究影响平台各项性能的因素。试验和数值研究发现：该新型平台具有优越的垂荡运动性能,可满足干式采油树的使用要求,系泊刚度、系泊长度、谱峰周期和谱峰因子均能影响平台的各项性能。     

主动波浪补偿平台及其试验系统的设计与仿真

补给船在海里工作时受到风浪的影响会发生横摇、纵摇和升沉,这严重影响了工作的平稳性和有效性。为了对补给船的横摇、纵摇和升沉进行补偿,设计了一种基于微惯导传感器的新型主动波浪补偿装置,提出了一种简单准确的波浪补偿值的求解方法,并搭建了六自由度并联主动波浪补偿平台试验系统,最后通过实验仿真验证了该主动波浪补偿装置的实用性和有效性。     

深水Spar平台在不规则波中的运动响应

南海水深一般在500m到2000m,属于深水区,Spar平台的适用水深为500m到3000m,是深水开发的经济型平台.对系泊于2000m水深的Classic spar平台在不规则波作用下的运动响应和缆索张力进行了数值模拟.首先通过频域方法得到Spar平台的波浪作用力传递函数、附加质量和辐射阻尼,然后通过快速傅立叶变换将频域结果转换到时域;基于全量的拉格朗日表述和两节点的等参索单元,应用几何非线性有限元方法和Newmark方法计算系泊缆索张力;应用四阶龙哥库塔法计算时域运动方程,得到Spar平台的运动响应和缆索张力.采用JONSWAP波能谱生成不规则波面,考虑了谱峰升高因子不同取值的影响,分析了二阶漂移力、不同缆索初张力和缆索刚度对于系泊系统的影响.     

新型升沉补偿试验系统的仿真设计

为能更准确地对波浪升沉补偿系统进行研究,设计一种基于数字液压技术的新型试验系统,采用Stewart平台结构模拟船舶的六自由度运动,以数字液压缸作为驱动器对重物升沉进行补偿。在LabVIEW仿真环境下运用广义预测与PID控制策略,实现了对升沉补偿试验系统的设计。结果表明,该系统仿真相似度高,方便取得各种工况下的试验数据。     

基于小波分析的Spar平台阻尼系数研究

连续小波分析方法作为典型的时频方法虽已广泛应用于工程界,但在海洋工程领域并未得到大力推广。文章应用连续小波分析方法对海洋工程领域中与Truss Spar平台涡激运动相关的阻尼系数进行求解。通过构建测试信号对这一方法进行数值检验,验证了小波分析方法的可靠性和准确性。利用试验数据,成功将小波分析方法应用于求解Truss Spar平台阻尼系数问题中。结果表明小波分析方法具有较好的可靠性,能够准确求解平台的阻尼系数。     

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。     

多学科设计优化在桁架式Spar平台概念设计中的应用

在传统的桁架式Spar设计过程中,设计人员通常只选择一个或两个学科作为某个阶段的设计目标,而没有把设计过程作为一个整体进行研究.同时,传统的设计方法没有充分考虑决定Spar性能的多个学科之间的相互影响和耦合作用.因而,传统的设计方法很难获得最优的设计方案.为解决这一问题,该文将多学科设计优化方法引入桁架式Spar的概念设计,以实现真正的设计优化.文中首先介绍了桁架式Spar的传统设计方法以及多学科设计优化的基本理论,讨论了如何将多学科优化技术应用于Spar平台的概念设计.进而提出了一种适用于Spar设计的多学科设计优化方法-基于响应面的协同优化方法,并基于该方法,建立了桁架式Spar的设计优化框架.最后,对今后的研究方向提出了几点建议.     

剪切流中Cell-Truss Spar平台涡激运动的CFD计算与模型试验研究

目前,Spar平台在离岸深水作业中得到越来越广泛的应用,作为影响spar平台在某些来流条件下运动响应特性的一种重要现象,涡激运动已成为国际海洋工程界亟待研究的一个新课题.本文采用CFD计算与模型试验相结合的方法,对一座称为"Cell-Truss Spar"的新型Spar平台在剪切流作用下发生涡激运动的现象进行了研究.相对于目前已存在并应用的Spar平台,Cell-Truss Spar平台在结构形式上有其自身的特征,研究中充分考虑了这一特征,对其建立适当的CFD计算模型,得到其涡激运动的特征,模拟了锁定现象的发生过程,分析了锁定现象的发生机理和规律;同时制作了精细的物理模型,测试了一系列的剪切流表面流速,得到了Cell-Truss Spar平台涡激运动的一些关键性参数,并成功地观察到了锁定现象的发生.CFD计算与模型试验相互比较,相互验证,最后对该平台涡激运动响应的特征进行了分析和总结,为进一步的涡激运动抑制研究奠定了基础.