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。     

深水Truss Spar水动力计算方法研究

为了研究深水Spar平台的运动特性,考虑平台与波浪的相对运动,对一座深水Truss Spar平台进行波浪载荷及运动响应计算。波浪载荷计算中Truss Spar主体和软舱采用3D势流理论计算,而垂荡板、桁架和立管系统采用线性化的Morison公式计算,同时求解中考虑系泊系统的影响。计算结果表明,Spar平台波频运动较小,而低频运动较为显著,其响应幅算子较大。     

Truss Spar平台滑移装船研究

Truss Spar平台是当今Spar平台的主流形式.由于Truss Spar平台主体结构的特殊性,致使其滑移装船工程设计具有一定的特殊性.该文依据NOBLE DENTON指导性文件,从Truss Spar结构特点出发,对与平台装船相关的船舶滑道设计、滑靴设计、系泊设计、调载方案设计、泵和拖拉设备的选型等进行了研究,提出了需要关注的关键性技术问题,为今后Truss Spar平台主体结构的滑移装船设计提供参考.     

新型S-Spar概念设计及时域动力响应分析（英文）

本文概念性地提出了新型Spar平台S-Spar用于深水和超深水海洋油气开发。S-Spar连接软舱和硬舱的是和中央井同尺寸的圆形立柱。有别于传统的经典Spar和Truss Spar,S-Spar有一个细长的中间段,垂荡板安装在中间段增加垂荡阻尼的同时,封闭的中段可以保护立管免受波流荷载。文中介绍了S-Spar的基本概念,进行了频域和时域耦合动力响应分析,并进行了S-Spar连接的顶张式立管的动力响应和VIV疲劳分析,将计算结果和Truss Spar的计算结果相比较,结果显示新型S-Spar能改善平台的水动力性能,同时封闭的中央井对立管起到很好的保护作用。     

Truss Spar平台在船舶碰撞下的数值模拟分析

海洋平台在海上进行工程作业时除了遭受恶劣的环境载荷外,还可能与海上船舶发生碰撞。为探究Spar平台在遭受船舶碰撞后的动力响应,本文选取1座墨西哥湾的Truss Spar平台,运用有限元分析软件Ansys/Lsdyna,建立5 000吨级补给船与Truss Spar平台的有限元模型并模拟碰撞过程,得到船舶在不同速度下与Spar平台碰撞过程中的能量转化情况和船舶撞击力时程曲线,通过对结果的分析得出一般性规律和结论,为Spar平台的设计提供理论参考依据。     

多柱桁架式立柱平台概念设计

在过去的20年中，油气资源的开发不断地向深海方向发展。随着开采深度的不断增加，为了适应深海中较为恶劣的自然环境条件，一些新型的油气资源开采平台不断涌现，如FPSO、半潜式平台、张力腿平台以及立柱式平台（Spar）等。1996年，第一座应用于实际生产的Spar平台（Neptune Spar）在墨西哥湾建成并投入使用，其作业水深为588m。经过10多年的发展，世界上在建或投入使用的Spar平台已达14座，其形式也由第一代传统Spar平台（Classic Spaur）发展为第二代桁架式Spar（Truss Spar）以及第三代多柱式spaur（Cell Spar）。     

基于CFD方法研究月池内部流体对Spar平台垂荡运动的影响（英文）

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。     

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.     

Truss Spar平台简介

Truss spar平台是传统spar平台的一个变种,如图1所示.它是一种深吃水圆柱结构.世界上第一座spar平台于1996年8月在2000英尺水深的墨西哥湾安装.第一座Truss spar平台,Kerr McGee(柯麦奇)Nansen and Boomvang,于2001年安装于墨西哥湾.Spar平台的最新进展是BP的Holstein、Mad Dog以及Murphy的Front Runner.所有的己交付的或近期将要交付使用的Truss spar平台都在墨西哥湾.图2显示了由CSO-Aker已交付的或正在交付的spar.其中最后一个称为多管式spar的是第三代Truss spar平台,它已经被Kerr Magee的Red Hawk项目采用.本文将对Truss spar平台的技术进行简要介绍.     

基于正交设计和CFD模拟的Spar平台螺旋侧板水动力优化设计研究

螺旋侧板能够有效抑制Spar平台涡激运动,为选取较优的螺旋侧板参数,文章基于正交设计理论,采用数值计算方法求解RANS方程,研究侧板螺距比、侧板高度和来流速度等因素对Spar平台横向力系数的影响。采用极差分析法和方差分析法处理计算数据,得到各Spar平台螺旋侧板参数及其交互作用对减涡效果的影响程度。     

带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟

[目的]长时间持续的涡激运动可能会引起Spar平台锚泊系统疲劳甚至是平台结构损坏,因此,必须充分考虑到涡激运动的不利影响。[方法]利用自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU以及动网格方法,对Spar平台的涡激运动流场特性进行数值模拟。采用基于剪切输运应力方程的延时分离涡(SST-DDES)湍流模式,对带螺旋侧板的Spar平台的三维精细尾涡结构进行模拟,研究其在不同折合速度下的纵向、横向、艏摇运动响应以及运动轨迹。采用水平线性弹簧系统替代模拟平台系泊系统,并在研究中考虑平台不同自由度间的耦合作用对平台涡激运动的影响,然后将数值模拟结果与模型试验结果进行对比,分析带螺旋侧板的Spar平台横向和流向运动时间历程、频谱特性、锁定现象等,以揭示其涡激运动的内在机理。[结果]结果显示,加装螺旋侧板可有效减小Spar平台涡激运动响应幅值;采用自主开发的CFD求解器计算模拟海洋平台涡激运动问题具有良好的精度和可靠性。[结论]带螺旋侧板Spar平台涡激运动的数值模拟分析对Spar平台实际设计工作具有重要意义。     

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.     

桁架式Spar平台方案设计研究

Spar平台是一种用于深海油气开发的海洋结构物.目前对Spar平台的研究集中在其运动特性和水动力分析、结构强度和疲劳研究以及垂荡板的性能和设计上.然而,国内对于Spar平台设计方法的研究却很少,国内外公开发表的文献也很少,这给Spar平台的设计带来了困难.本文归纳了桁架式Spar平台方案设计的基本流程,包括总布置、主尺度的选择,以及对设计方案进行的稳性校核和水动力分析.在此基础上,针对平台的不同结构推荐使用相应的ABS和API规范进行结构设计,并应用设计波法对得到的结构尺寸进行强度校核.通过一个实例详细说明了整个设计过程,分析结果表明该设计方案是可行的.同时指出了传统的海洋工程设计方法存在的问题,提出在传统设计方法的基础上,应用多学科设计优化思想进行海洋平台的方案设计的基本思想.     

Spar平台上部设施和设备总体布置

深水油气田的开发推动了深水浮式平台技术的发展,目前已有三类深水浮式平台在国外深水油气田开发中得到应用,Spar平台是其中的一种。随着我国南海深水油气资源的不断发现,提出了对深水浮式平台技术的需求。南海深水气田是在中国南海深水海域发现的第一个深水气田,为了验证深水桁架式Spar平台在南海深水气田开发中的可行性,我们对深水桁架式Spar平台设计技术进行了研究,Spar平台上部设施、设备总体布置也为主要研究内容。本文介绍Spar平台的发展历程,研究了Spar平台上部设施、设备总体布置方法,以及Spar平台上部设施设备的布置应考虑的要点,以供本领域研究设计人员了解参考。     

Spar平台涡激运动的数值模拟

涡激运动对Spar平台的安全性影响已越来越受到重视。文中采用基于粘性流的CFD方法,对海流作用下Spar平台的涡激运动特性开展研究:确定了Spar平台涡激运动的数值分析方法、绘制合理的网格,研究Spar平台横荡、纵荡响应以及平台在水平面内的运动轨迹特点,以及平台运动与漩涡脱落之间的关系;揭示了平台涡激运动随时间变化的发展规律,为下一步提出抑制Spar平台涡激运动的措施提供重要思路。该项研究成果将为开展Spar平台三维涡激响应分析提供一定的参考。     

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.     

国外Spar平台研究与发展综述

当前,深海石油的开发越来越受到科技界的普遍关注.本文对未来应用于深海采油的Spar平台研究与发展进行综述,简要介绍了其产生背景和主要特点,详细分析了其水动力学特性等各方面技术参数对于Spar平台的影响,为Spar平台的发展提供参考依据.结果表明,Spar平台的发展潜力巨大;技术参数的多方面改进将大大提高Spar平台的海上作业和稳定生产.     

一种改进的离散涡方法及其在涡激运动中的应用

海洋平台的涡激运动(VIM)会使与之连接的锚链和立管系统发生严重的疲劳破坏,缩短其疲劳寿命,是海洋工程领域的研究热点。离散涡模型(DVM)具有不受网格限制、在涡量集中区分辨率高、可用大时间步长模拟高雷诺数流场的特点。本文应用满足流函数方程的离散涡模型模拟了高雷诺数下二维圆柱绕流和涡激振动(VIV)问题,有效还原了涡激振动中的锁定现象,验证了模型的准确性。同时提出该模型对多体结构涡激运动求解的处理方式。利用该方法模拟了二维单柱Spar平台以及多柱半潜平台模型的涡激运动,通过对平台受力曲线、横荡与纵荡位移以及频率响应的分析,得出了平台涡激运动的普遍规律,为Spar和半潜平台的结构设计提供了参考。     

浮式平台水动力参数识别方法

以深水半潜平台为研究对象,计算不同周期下的纵荡、垂荡、横摇3个振荡模态深水半潜平台的附加质量和阻尼系数,并与势流方法结果进行对比。利用1阶方法,只考虑线性1阶线性阻尼在运动中的影响,此外,还采用神经网络建模训练获得了水动力参数模型,对平台附加质量、1阶阻尼系数、2阶阻尼系数进行计算。研究结果表明,在附加质量和阻尼系数预报方面,传统势流方法与试验识别结果较为接近,可以利用神经网络计算提高水动力问题求解效率,为解决传统计算难题带来了新思路。