15164.spar平臺(tái)月池內(nèi)流體振動(dòng)特性及其對平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)影響研究

1、Spar平臺(tái)平臺(tái)月池月池內(nèi)流體流體振動(dòng)振動(dòng)特性特性及其對平臺(tái)對平臺(tái)垂蕩垂蕩運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)影響影響研究研究ResearchonMoonpoolFluidVibrationacterstheEffectsontheSparPlatfmHeaveMotion學(xué)科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：劉春媛指導(dǎo)教師：劉利琴副教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年十一月摘要Spar平臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊，平臺(tái)主體上的中央井貫穿了整個(gè)主體，立管和其它重要鉆井設(shè)施以一定的方式布置

2、在中央井內(nèi)，構(gòu)成了整個(gè)月池結(jié)構(gòu)。根據(jù)實(shí)際情況，有時(shí)需要將月池設(shè)計(jì)為半開口形式，海水可以自由進(jìn)入或者流出月池。采用頂張緊立管系統(tǒng)時(shí)，月池海水質(zhì)量與平臺(tái)主體質(zhì)量量級相當(dāng)，月池流體對平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的影響不可忽略。本文基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的開源軟件OpenFOAM研究深海Spar平臺(tái)月池內(nèi)流體的振動(dòng)特性，分析月池流體對平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響。（1）建立了二維、三維數(shù)值水池模型，進(jìn)行了數(shù)值網(wǎng)格收斂測試，對后面需要用到的造波情況進(jìn)行了最優(yōu)網(wǎng)格劃分并進(jìn)行了消波處

3、理，結(jié)果表明，造波效果十分穩(wěn)定，可以用于進(jìn)行接下來的模型運(yùn)算。（2）研究了月池內(nèi)流體的垂向“活塞”運(yùn)動(dòng)模態(tài)和左右“晃蕩”運(yùn)動(dòng)模態(tài)的固有振動(dòng)特性，分析了月池底部開口面積對流體運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)波浪周期接近流體活塞振動(dòng)固有周期時(shí)，將激起流體的垂向共振運(yùn)動(dòng)，不同的底部開口面積，月池內(nèi)流體發(fā)生不同幅值的垂向運(yùn)動(dòng)，本文計(jì)算的三種工況中，當(dāng)?shù)撞块_口率為30%時(shí)，月池內(nèi)流體的活塞運(yùn)動(dòng)幅值最小?？紤]平臺(tái)與波浪耦合后，月池內(nèi)流體的活塞運(yùn)動(dòng)變得更加劇

4、烈，因此耦合效應(yīng)不可忽略。（3）考慮月池內(nèi)流體的影響，計(jì)算了不同KC數(shù)下平臺(tái)的垂向運(yùn)動(dòng)阻尼。結(jié)果表明，采用半開口月池后，平臺(tái)的垂蕩阻尼增加，不同的月池底部開口面積對應(yīng)不同的阻尼力。本文計(jì)算的三個(gè)算例中，30%開口面積對應(yīng)的平臺(tái)垂蕩阻尼系數(shù)最大。計(jì)算了波浪平臺(tái)垂蕩月池內(nèi)流體的耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，分析了底部擋板開口面積對平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響。結(jié)果表明，在波浪周期接近平臺(tái)垂蕩固有周期時(shí)，月池流體會(huì)抑制平臺(tái)主體的垂蕩運(yùn)動(dòng)，且抑制程度與月池開口面積有關(guān)。