FLNG系統(tǒng)儲艙設(shè)計中的晃蕩與砰擊荷載研究.pdf

1、適用于深、遠(yuǎn)海油氣田，集開采、液化、儲存、裝卸、運輸和氣化天然氣的新型開發(fā)模式，受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。隨著我國南海油氣開發(fā)向超深水發(fā)展，新型開發(fā)模式有著廣泛的應(yīng)用前景。海上浮式液化天然氣終端(Floating Liquidfied NaturalGas，F(xiàn)LNG)是新型海上天然氣開發(fā)模式中的關(guān)鍵裝備之一，集開采、液化、儲存與裝卸天然氣功能于一體。目前尚未有建成的FLNG，只有少數(shù)國外公司具備設(shè)計和制造的能力，我國需要發(fā)展FLNG

2、的設(shè)計和建造技術(shù)。
　　本文系統(tǒng)地開展了超大型船載儲艙內(nèi)晃蕩砰擊荷載、液艙設(shè)計及抑制砰擊載荷的研究。本文所開展的主要研究工作及結(jié)論歸納如下:
　　1 FLNG大尺度儲艙內(nèi)流體砰擊荷載室內(nèi)實驗方法研究
　　室內(nèi)大尺度晃蕩模型實驗是最能真實反映砰擊物理過程的研究方法。由于液體和氣體均具有可壓縮性，導(dǎo)致砰擊壓力瞬時增大，因此，實驗研究中如何準(zhǔn)確地測量砰擊載荷是關(guān)鍵問題。本文建立了FLNG大尺度儲艙晃蕩模型實驗平臺，設(shè)計了不同

3、形狀的大尺度液艙模型（矩形艙和GTT艙）;給出了大尺度儲艙流體晃蕩砰擊壓力測量方法，并驗證了砰擊荷載測量方法的精確性和可靠性;根據(jù)砰擊載荷在時域和空間域的分布特性，設(shè)計了壓力監(jiān)測陣列式模塊測量砰擊載荷。上述研究為大尺度儲艙內(nèi)流體砰擊荷載模型實驗中壓力傳感器的選擇和測點布局提供參考。
　　2 GTT儲艙內(nèi)模型尺寸對砰擊載荷影響的實驗研究
　　目前國內(nèi)外尚沒有針對模型的尺寸對流場砰擊的物理現(xiàn)象和砰擊特征物理參數(shù)的系統(tǒng)研究。此外，

4、室內(nèi)模型實驗中的一個挑戰(zhàn)是如何將模型實驗結(jié)果合理地?fù)Q算到原型尺度。許多學(xué)者認(rèn)為晃蕩室內(nèi)模型實驗中采用弗勞德相似將模型砰擊載荷結(jié)果返算回原型尺度，結(jié)果偏保守。但是尚沒有實驗證明這個觀點。本文開展了GTT儲艙內(nèi)尺寸效應(yīng)的實驗研究。討論模型尺寸對砰擊的物理現(xiàn)象和砰擊荷載的影響，進(jìn)而驗證了流體砰擊荷載實驗中，采用弗勞德相似準(zhǔn)則將模型砰擊載荷結(jié)果換算到原型尺度，結(jié)果是偏于保守的。
　　3二維矩形液艙內(nèi)的晃蕩砰擊荷載實驗研究
　　針對二

5、維矩形液艙內(nèi)的晃蕩砰擊荷載開展了系統(tǒng)的實驗研究。在規(guī)則橫搖激勵下，分析了外激激勵參數(shù)對砰擊荷載的影響，并提出砰擊荷載具有飽和性?；陂L期不規(guī)則激勵下的砰擊荷載實驗，討論了砰擊荷載的特性。根據(jù)砰擊荷載發(fā)生的概率，確定對應(yīng)的砰擊壓力值和其對應(yīng)的砰擊特征時間，量化砰擊荷載的三角脈沖模型。該載荷模型可以為大型船載天然氣液艙的結(jié)構(gòu)開展有限元分析時，提供砰擊荷載參考依據(jù)。
　　4 GTT NO96型液艙的設(shè)計研究
　　根據(jù)GTT NO9

6、6型液艙的概念設(shè)計原則，基于前兩章的研究工作，從降低晃蕩荷載的角度，采用數(shù)值仿真方法對單個液艙的形狀和尺寸開展設(shè)計研究?；谧罴压战穷愋秃妥罴压战俏恢?，提出一種新的液艙設(shè)計方案。該液艙不僅滿足降低晃蕩荷載的要求，而且滿足艙容的要求。為了盡可能避免液艙內(nèi)流體的晃蕩砰擊，應(yīng)保證自由液面的最低階固有頻率能夠遠(yuǎn)離船體運動的頻率?；谶@個原則，本文提出了單艙主尺度的合理尺寸范圍和最佳尺寸。
　　5高固體率隔板的阻晃機(jī)理研究
　　在淺水

7、大振幅橫蕩工況下，開展了晃蕩砰擊抑制問題的實驗研究。通過觀察液艙內(nèi)的全局自由液面的變化，發(fā)現(xiàn)了一種新的波系。其發(fā)生條件是小激勵周期比率和大振幅。該波系擴(kuò)展現(xiàn)有的淺水條件下儲艙內(nèi)自由液面的波浪形態(tài)，為液艙內(nèi)阻晃隔板設(shè)計提供了新的受力形式。此外，通過實驗方法揭示了高固體率阻晃隔板可有效地降低自由液面波高并抑制砰擊荷載的內(nèi)在機(jī)理，并提出阻晃隔板的最優(yōu)固體率約為0.6-0.7。該最優(yōu)固體率在阻晃隔板設(shè)計中具有參考價值。
　　本文研究結(jié)果和