深海半潛式平臺(tái)波浪爬升及近場干涉效應(yīng)研究.pdf

1、隨著人類對(duì)石油氣的需求量不斷增加，深海石油氣資源的勘探開發(fā)技術(shù)也不斷進(jìn)步與發(fā)展，半潛式平臺(tái)在深海石油氣開采中得到廣泛的應(yīng)用。由于深海海洋環(huán)境不斷惡化，嚴(yán)重影響到工作人員正常生活以及海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)安全，其中平臺(tái)的氣隙性能直接關(guān)系到平臺(tái)的安全狀況，是衡量平臺(tái)安全性能的重要指標(biāo)之一，對(duì)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的意義。半潛式平臺(tái)波浪爬升、近場干涉以及氣隙響應(yīng)的分析研究是目前國內(nèi)外海洋工程界的前沿課題并處于起步階段，受到了海洋工程領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注和

2、重視。
　　本文在對(duì)計(jì)算流體力學(xué)及平臺(tái)波浪爬升、近場干涉和氣隙響應(yīng)理論知識(shí)深入了解的基礎(chǔ)上，采用計(jì)算流體力學(xué)軟件（FINE/Marine）開展了兩種波浪環(huán)境（規(guī)則波、不規(guī)則波），三種平臺(tái)模式（固定模式、自由模式、系泊模式）共計(jì)72個(gè)計(jì)算工況的數(shù)值模擬計(jì)算，并結(jié)合自編程后處理軟件給出了半潛式平臺(tái)波浪爬升、近場干涉、氣隙響應(yīng)的數(shù)值預(yù)報(bào)分析研究。具體研究工作及結(jié)論如下：
　　較為全面地分析了不同浪向角和波浪要素（入射波高、周期）下

3、對(duì)波浪爬升沿立柱迎浪面和四立柱周向分布規(guī)律的影響；對(duì)比分析三種平臺(tái)模式下平臺(tái)立柱波浪爬升幅度及變化規(guī)律。結(jié)果表明：波浪爬升高度隨著距立柱迎浪面距離的減小而增大，在立柱近壁面附近達(dá)到最大值，最大放大因素約為3.0，并出現(xiàn)波浪破碎和飛濺等強(qiáng)非線性現(xiàn)象；波浪爬升幅度隨迎浪面面積增大而減小，浪向角β=0°時(shí)普遍較大；四立柱周向波浪爬升呈“W”形分布；運(yùn)動(dòng)模式對(duì)波浪爬升影響較大，平臺(tái)固定模式波浪爬升效應(yīng)較為明顯，垂向三個(gè)自由度對(duì)波浪爬升起著決定性

4、的作用。
　　針對(duì)半潛式平臺(tái)近場干涉現(xiàn)象，探討了平臺(tái)立柱和下浮體間發(fā)生近場干涉現(xiàn)象的一些基本規(guī)律；分析了不同平臺(tái)模式、浪向角和波浪要素對(duì)四立柱間近場干涉影響；進(jìn)一步研究了平臺(tái)發(fā)生近場干涉現(xiàn)象時(shí)平臺(tái)內(nèi)場波面分布特征。結(jié)果表明：周期較小時(shí)，入射波、反射波、繞射波與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的輻射波疊加較為頻繁，波面升高較大；四立柱內(nèi)場發(fā)生干涉后，波峰線出現(xiàn)彎曲，沿波浪傳播方向出現(xiàn)峰谷值不對(duì)稱現(xiàn)象；浪向角β=45°較其它浪向角近場干涉現(xiàn)象更為明顯；平臺(tái)系

5、泊和自由模式比固定模式近場干涉引起的波面升高較大，波面分布較為復(fù)雜；波面升高極大值主要集中于迎浪面立柱前緣和后立柱內(nèi)側(cè)區(qū)域，最大波面升高可以達(dá)到入射波高的2.57倍。
　　重點(diǎn)分析了不同浪向角和波浪要素對(duì)平臺(tái)氣隙響應(yīng)的影響規(guī)律；對(duì)比統(tǒng)計(jì)三種平臺(tái)模式下平臺(tái)下甲板相同觀測點(diǎn)的負(fù)氣隙量變化情況，定量研究系泊系統(tǒng)對(duì)半潛式平臺(tái)負(fù)氣隙量大小和分布的影響；簡要分析了平臺(tái)懸鏈線張力的分布情況；詳細(xì)研究平臺(tái)非線性砰擊效應(yīng)以及不同平臺(tái)模式、浪向角、波

6、浪要素對(duì)砰擊壓強(qiáng)大小的影響。結(jié)果表明：相同周期下，負(fù)氣隙量隨入射波高的增加而增加；當(dāng)入射波的譜峰周期與平臺(tái)的垂向三個(gè)自由度的固有周期接近時(shí)，平臺(tái)運(yùn)動(dòng)較為劇烈，負(fù)氣隙量較大；相同海況下，平臺(tái)垂向約束越強(qiáng)，負(fù)氣隙越大，最大負(fù)氣隙量達(dá)到8.64m；平臺(tái)迎浪面兩根懸鏈線的張力最大，最大張力達(dá)到2695.9kN；平臺(tái)出現(xiàn)負(fù)氣隙的區(qū)域主要發(fā)生在立柱迎浪面附近和下甲板的邊緣處，只有在高海況下，下甲板中間區(qū)域才會(huì)出現(xiàn)負(fù)氣隙量，產(chǎn)生較大砰擊壓強(qiáng)，非線性砰