數(shù)值波浪水池的建立與FPSO甲板上浪的數(shù)值模擬.pdf

1、本文研究了數(shù)值波浪水池的建立與FPSO甲板上浪的數(shù)值模擬。 FPSO（Floating Production, Storage, and Offloading Unit）是海上浮式生產(chǎn)儲(chǔ)油系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,由于其經(jīng)濟(jì)性、可靠性、海域適應(yīng)性, 在海上石油開(kāi)發(fā)中應(yīng)用非常廣泛。FPSO通常采用單點(diǎn)系泊從而達(dá)到獲得較小系泊力的目的,但這也使得船首暴露在波浪作用下,上浪的危險(xiǎn)很大。另外FPSO在其生命周期內(nèi)定位于特定海域長(zhǎng)達(dá)數(shù)年,相對(duì)與普通船舶

2、工作環(huán)境更為惡劣,檢修的難度很大。嚴(yán)重的甲板上浪不僅影響FPSO 的作業(yè)效率, 而且會(huì)對(duì)FPSO造成損壞。 FPSO 甲板上浪主要是大陡波或波群和船首下沉運(yùn)動(dòng)兩種機(jī)制組合的結(jié)果。其主要階段是:水體沿船首升高、水體越過(guò)船首進(jìn)入甲板、水體沿甲板流動(dòng)、水體撞擊船上的設(shè)備和甲板室,這些階段是緊密銜接的。 在惡劣環(huán)境下，F(xiàn)PSO處于生存狀態(tài)，有關(guān)的船體運(yùn)動(dòng)、相對(duì)的波浪運(yùn)動(dòng)、以及漂移力都明顯的是波高的非線性函數(shù)，對(duì)它的研究以模型試驗(yàn)

3、為主。為了工程實(shí)用，提出了一些快速預(yù)報(bào)方法來(lái)估計(jì)甲板上浪問(wèn)題。然而，近來(lái)一些對(duì)FPSO實(shí)驗(yàn)的觀察和描述表明，這種做法難以預(yù)報(bào)上浪的出現(xiàn)和上浪造成的載荷。為了模擬甲板進(jìn)水現(xiàn)象，利用簡(jiǎn)化模型如潰壩模型、越浪理論，但是這類方法忽略了甲板內(nèi)外水體的緊密聯(lián)結(jié)，并不嚴(yán)格。洪水波理論、淺水波模型被用來(lái)模擬流體在甲板上的流動(dòng)，這類方法僅能對(duì)淺水在甲板上的流動(dòng)進(jìn)行模擬，計(jì)算區(qū)域也僅限于甲板上。邊界元方法也曾用于甲板上的模擬，但是該方法對(duì)于上浪過(guò)程中的波浪

4、沖擊、破碎、翻卷等現(xiàn)象無(wú)法給出精確和詳細(xì)的數(shù)值模擬。 本文利用一種快速估算甲板上浪的方法，對(duì)內(nèi)轉(zhuǎn)塔系泊FPSO在風(fēng)、浪、流聯(lián)合作用下的上浪情形進(jìn)行了預(yù)估。 為了給FPSO甲板上浪的數(shù)值模擬提供數(shù)值波浪環(huán)境，在FLUENT軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，建立了二維數(shù)值波浪水池。在二維水池中對(duì)規(guī)則波浪和不規(guī)則波浪進(jìn)行了模擬，得到了品質(zhì)優(yōu)良的波浪。模擬規(guī)則波時(shí)采用了沖箱造波，模擬不規(guī)則波時(shí)采用了源造波方法。為了消除水池后端池壁的反