立管涡激振动高阶响应研究

由于高阶响应对结构涡激振动存在显著影响,文中在考虑其影响的前提下利用经典Van der Pol尾流振子模型研究了立管在均匀流中的涡激振动特性。在尾流振子与结构模型的相互作用中同时考虑了一阶响应和高阶响应的影响,从而推导了一种考虑了一阶—高阶响应的涡激振动模型。并在此基础上,分析了考虑位移、速度和加速度三种不同右端耦合项作用下的响应特性。此外,还针对不同的质量阻尼比,比较了考虑高阶响应影响和未考虑高阶响应影响情况下系统的涡激振动特性。结果表明,考虑一阶—高阶响应的理论模型能更精确地反映该系统的振动特性。尾流振子和立管的运动幅值都有一定程度的增大。尽管计算结果显示高阶响应比一阶响应小若干个量级,但是不可以忽视高阶响应,因为它对一阶响应存在明显的影响。     

线性连续分层流体中水波与截断圆柱浮体的相互作用

研究了在线性连续分层流体中水波与截断圆柱浮体相互作用的问题.在Boussinesq近似下,基于分离变量法,表明了对给定的频率,当它大于浮力频率时,流场中只有一种模态的平面前进波,当它小于浮力频率时,流场中有无数多个模态的平面前进波.基于特征函数匹配理论,建立了作用在截断圆柱浮体上水动力的计算方法.对作用在截断圆柱浮体上的水平波浪力、垂向波浪力和力矩进行了数值计算分析,表明了在某个频率范围内,流体的线性连续分层效应对这些水动力量的影响是不可忽视的.特别地,在入射波频率小于浮力频率时,高阶模态入射波对截断圆柱浮体水动力的影响也是重要的,在海洋工程的实践中应予以特别关注.     

深海新型浮式生产钻井储油系统运动分析

采用双系统耦合的势流理论分析浮式生产钻井储油系统(FPDSO)及其隐藏式立管浮箱(SRV)在频域情况下的运动特性。计算一阶力(力矩)以及一阶运动响应,并分别将理论得到的垂荡、纵摇和横摇运动的一阶运动响应函数以及统计值与相应的试验结果进行比较。结果表明:理论值与试验结果吻合较好;SRV的垂荡运动大大减小,更有利于深海钻井作业的实施。     

Characteristics of the Internal Waves Generated by a Towed Model with Rotating Propeller Under a Strong Halocline

Experiments are performed on the internal waves(IWs) generated by a towed model with rotating propeller in a density-stratified fluid with linear halocline; the Reynolds number ranges from 7 000 to 84 000, and the Froude number ranges from 0.7 to 8.1. The wave speed, amplitude and patterns are investigated on the basis of the multi-channel conductivity probe array technology and the cross correlation analysis method. It is shown that the propeller advances the transition from the body-generated IWs to the wake-generated IWs. Before the transition, the IWs are stationary to the translational model. An extra V-shaped wave with a narrow opening angle is generated by the propeller and the wave amplitude becomes larger with the increase of the thrust momentum,indicating that the propeller produces body and wake effects at the same time before the transition. After the transition, the Froude number associated with the wave speed drops down and fluctuates within 0.4—1.5, showing that the IWs are nonstationary to the model. The interaction of the drag momentum and the thrust momentum changes the characteristics of the wave amplitudes and patterns. The wave amplitude no longer simply grows with the Froude number but depends on the contrast of the drag momentum and the thrust momentum. Experimental results show that the most obvious contrast of the wave pattern contour maps appears when the drag momentum and the thrust momentum have the largest difference if other conditions are the same. When the ratio of the drag momentum to the thrust momentum is within 1—10, the wake can be considered as zero-momentum, meaning that the momentum difference is not enough to generate large scale structures in the wake.     

FPSO内孤立波载荷特性数值研究

文章将KdV、eKdV和MCC内孤立波理论应用到内孤立波数值模拟水槽入口速度条件计算,讨论内孤立波与浮式生产储卸油装置FPSO强非线性作用问题。结果表明,数值模拟所得FPSO内孤立波水平载荷、垂向载荷及力矩与实验结果相吻合,内孤立波载荷主要由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,粘性压差力很小,可以忽略;在水平载荷中,摩擦力较压差力约小一个量级,流体粘性的影响不可忽略;在垂向载荷中,摩擦力比压差力小很多,在分析时可以忽略流体粘性的影响。由于FPSO始终处于上层流体中,对内孤立波的模拟波形和其诱导流场的影响很小。波浪压差力可利用傅汝德-克雷洛夫公式基于动压力进行计算,而水平载荷中的摩擦力则需根据内孤立波诱导速度的切向分量对FPSO吃水湿表面求积分的方法进行计算。     

内孤立波环境下半潜式平台受力研究

在2层流体基本假设下,通过实验分别研究不同波浪入射角下,作用在半潜式平台立柱群和沉箱群上的内孤立波载荷特性.实验结果表明:在任意迎流角下,作用在立柱和沉箱各部分的载荷峰值均随波幅增大而线性增大,并且波的传播方向对力的峰值有显著影响.在相同波幅、相同分层比下,当来波方向与平台中纵剖面不平行时,沉箱群水平载荷峰值在迎流角为...     

Numerical study on flow structure of a shallow laminar round jet

The evolution mechanism and characteristics of the submerged laminar round jet in a viscous homogenous shallow water layer are investigated through computational modeling. The laminar mode is used to solve the Navier-Stokes equations. In order to visualize the formation and evolution of the flow pattern, the volume of fluid (VOF) method is adopted to simulate the free surface of the water layer below the air and to trace the jet fluid. The results show that the jet forms a class of quasi-two-dimensional (Q2D) vortex structures in the ambient fluid with unequal influence from the bottom wall and free surface. The time dependence of three parameters, defined for the flow pattern as jet length, spiral radius and pattern length, is investigated quantitatively in their non-dimensional forms. Three different Reynolds numbers and two injection durations are further considered to discuss their influence on the flow pattern.     

半潜式钻井平台在海洋内波中的动力定位能力分析

海洋中的孤立波对半潜式钻井平台的作业安全有重大影响。基于某海域实测的内孤立波参数,数值计算实尺度半潜式钻井平台承受的内孤立波载荷。在传统的风、浪、流载荷动力定位能力分析方法中引入内孤立波载荷,应用二次规划方法求解平台在多种环境载荷作用下的动力定位能力,获得不同海水层化状态下内孤立波的极限安全波幅。研究结果表明：内孤立波对平台的纵荡载荷与入射角的关系为正弦函数,横荡载荷与入射角的关系为余弦函数,两者之间的相位差为45°。当内孤立波来波方向约为60°时,无论海水层化状态如何,都将出现较为严重的定位失效情况。应及时调整平台艏向,避免在该方向遭遇内孤立波,以保证平台作业安全。     

Spar钻井生产储卸油平台储油系统油水置换传热特性试验研究

发展具有钻、采、储、运综合能力的深水平台是海洋工程领域的热点之一，一种新型深水立柱式Spar钻井生产储卸油平台（SDPSO）概念应运而生。该平台采用油水置换工艺进行储卸油操作。当储油舱内某处的温度过低时，将发生凝油与析蜡现象，且较低的温度会使油相的黏度大幅提高，这降低了油水两相的流动，阻碍了油水置换工艺的顺利进行。因此有必要对SDPSO储油系统油水置换传热特性进行研究。论文通过SDPSO油水置换的中型试验，详细分析了常规海况及一年一遇海况下储油过程中储油系统油水置换传热特性。试验结果表明，储油舱内高温热油的热量主要是通过舱壁向外传输热量，而通过油水界面传输的热量很少。对于密度易受温度影响的原油，在置换过程中沿径向存在自然对流。储油舱内原油温降可用类似于苏霍夫公式的简易方式表达。经计算，在不设置加热设备的情况下，实尺度下保温层的2小时温降系数需低于1%。     

均匀粘性流体中截断直立圆柱体受迫振荡的三维数值模拟

研究了直立截断圆柱体受迫振荡时的三维绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,采用有限体积法和PISO算法,以自身泻涡频率为振荡频率建立数值模型对受迫振荡圆柱体进行研究分析.分析对比了受迫振荡圆柱体与静止圆柱体力系数差别及流场特性,并取多组雷诺数对柱体的力系数和流场进行了研究分析,总结了受迫振荡圆柱体力系数幅值及平均力系数随雷诺数的变化规律.