新型深水多立柱FDPSO渦激運(yùn)動(dòng)特性研究.pdf

1、隨著全球海上油氣開采的日益頻繁，海洋平臺(tái)渦激運(yùn)動(dòng)（VIM）受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。本文在國內(nèi)外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上采用理論分析、數(shù)值模擬與水池模型試驗(yàn)的方法，由基礎(chǔ)到深入，對(duì)一新型深水多立柱FDPSO在不同來流方向及速度下平臺(tái)的繞流與渦激運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了較為深入的研究，分析了平臺(tái)受力情況、運(yùn)動(dòng)幅值、響應(yīng)頻譜特性與運(yùn)動(dòng)軌跡等。
　　首先，基于CFD計(jì)算軟件FLUENT建立三維單圓柱與變截面柱數(shù)值模型，通過分離渦模擬法進(jìn)行不同流速下的單柱三

2、維繞流數(shù)值模擬，分析兩種柱體附近流場(chǎng)特征、柱體表面壓力分布與升阻力系數(shù)的區(qū)別，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合自編程序進(jìn)行渦激運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，在高雷諾數(shù)單柱繞流中，流場(chǎng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的三維特性，圓柱繞流的升力與阻力系數(shù)均大于變截面柱；在折合速度6~9范圍內(nèi)，變截面柱與圓柱都出現(xiàn)了鎖定現(xiàn)象，與此同時(shí)，變截面柱流向平衡位置隨著折合速度增加而增加；圓柱與變截面柱運(yùn)動(dòng)軌跡均出現(xiàn)典型的“8”字形；變截面柱尾渦模式在低折合速度下不明顯，在高折合速度下大概可歸納

3、為2P模式。
　　其次，以1:80縮尺比制作平臺(tái)縮尺模型，在上海交通大學(xué)海洋工程水池進(jìn)行模型試驗(yàn)，充分考慮到系泊系統(tǒng)等對(duì)平臺(tái)主體渦激運(yùn)動(dòng)的影響，突破了現(xiàn)有渦激運(yùn)動(dòng)相關(guān)試驗(yàn)研究多在拖曳水池中簡(jiǎn)化進(jìn)行的局限。同時(shí)在單柱數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上建立FDPSO整體數(shù)值模型，進(jìn)行三維繞流與渦激運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬，對(duì)比研究FDPSO在不同來流方向及速度下平臺(tái)的繞流與渦激運(yùn)動(dòng)特性，研究表明，平臺(tái)繞流時(shí)旋渦主要集中在下游兩立柱周圍，并存在復(fù)雜的相互干擾現(xiàn)象；平

4、臺(tái)整體升力系數(shù)頻域譜分析中出現(xiàn)多個(gè)譜峰，體現(xiàn)出復(fù)雜的三維特性；無論0°還是45°來流，平臺(tái)的平均阻力系數(shù)與升力系數(shù)均方根均保持在較為穩(wěn)定的區(qū)間；平臺(tái)的橫蕩運(yùn)動(dòng)頻率未出現(xiàn)典型“鎖定”現(xiàn)象，而是一直保持在接近固有橫蕩頻率的范圍內(nèi)；在同一流向下，縱向運(yùn)動(dòng)的平衡位置與最大振幅均隨著折合速度的增加而增加；平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡未呈現(xiàn)典型的“8”字形或“香蕉”形，較低流速下橫蕩占據(jù)主導(dǎo)位置，在高流速下縱蕩運(yùn)動(dòng)也變得不可忽略。
　　再次，在模型試驗(yàn)的基

5、礎(chǔ)上對(duì)風(fēng)浪流聯(lián)合作用下多立柱FDPSO的水動(dòng)力特性進(jìn)行研究，數(shù)值模擬采用DNV船級(jí)社的Sesam軟件。使用HydroD模塊完成水動(dòng)力特征分析，將計(jì)算數(shù)據(jù)導(dǎo)入DeepC，計(jì)算平臺(tái)主體和系泊系統(tǒng)的耦合水動(dòng)力結(jié)果，并與靜水衰減試驗(yàn)、規(guī)則波和白噪聲試驗(yàn)以及風(fēng)浪流組合工況試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，在作業(yè)和自存工況下，平臺(tái)的垂蕩、縱蕩、橫蕩等運(yùn)動(dòng)最大幅值均小于相應(yīng)規(guī)范的許用值；數(shù)值模型可靠，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)FDPSO水動(dòng)力特性的預(yù)報(bào)；新型FDPSO