新型深水多立柱FDPSO渦激運動特性研究.pdf

1、隨著全球海上油氣開采的日益頻繁，海洋平臺渦激運動（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的方法，由基礎(chǔ)到深入，對一新型深水多立柱FDPSO在不同來流方向及速度下平臺的繞流與渦激運動特性進行了較為深入的研究，分析了平臺受力情況、運動幅值、響應(yīng)頻譜特性與運動軌跡等。
　　首先，基于CFD計算軟件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)合自編程序進行渦激運動數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，在高雷諾數(shù)單柱繞流中，流場表現(xiàn)出較強的三維特性，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，變截面柱流向平衡位置隨著折合速度增加而增加；圓柱與變截面柱運動軌跡均出現(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縮尺比制作平臺縮尺模型，在上海交通大學(xué)海洋工程水池進行模型試驗，充分考慮到系泊系統(tǒng)等對平臺主體渦激運動的影響，突破了現(xiàn)有渦激運動相關(guān)試驗研究多在拖曳水池中簡化進行的局限。同時在單柱數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上建立FDPSO整體數(shù)值模型，進行三維繞流與渦激運動數(shù)值模擬，對比研究FDPSO在不同來流方向及速度下平臺的繞流與渦激運動特性，研究表明，平臺繞流時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、臺整體升力系數(shù)頻域譜分析中出現(xiàn)多個譜峰，體現(xiàn)出復(fù)雜的三維特性；無論0°還是45°來流，平臺的平均阻力系數(shù)與升力系數(shù)均方根均保持在較為穩(wěn)定的區(qū)間；平臺的橫蕩運動頻率未出現(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，縱向運動的平衡位置與最大振幅均隨著折合速度的增加而增加；平臺的運動軌跡未呈現(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，在高流速下縱蕩運動也變得不可忽略。
　　再次，在模型試驗的基

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