內(nèi)孤立波與深海浮式結(jié)構(gòu)物相互作用特性研究.pdf

1、伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)量也呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，加快南海石油天然氣開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為國(guó)家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。大量的觀測(cè)結(jié)果表明，南中國(guó)海內(nèi)孤立波活動(dòng)頻繁并且分布廣泛，對(duì)深海浮式結(jié)構(gòu)物的安全運(yùn)營(yíng)構(gòu)成嚴(yán)重影響，隨著南海油氣開(kāi)發(fā)的深化，內(nèi)孤立波已經(jīng)成為必須考慮的一種災(zāi)害性環(huán)境因素。目前對(duì)內(nèi)孤立波作用下深海浮式結(jié)構(gòu)物的載荷及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的認(rèn)識(shí)仍較為有限，許多內(nèi)在的水動(dòng)力學(xué)機(jī)理尚不清楚，包括各類載荷的構(gòu)成及形成機(jī)理，粘性的影響以及現(xiàn)有工

2、程簡(jiǎn)化方法的適用性等。
　　有鑒于此，本文在回顧和總結(jié)了本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬并結(jié)合實(shí)驗(yàn)及理論分析的方法，針對(duì)內(nèi)孤立波作用下三類深海浮式結(jié)構(gòu)物(包括Spar、半潛和張力腿平臺(tái))的載荷特性及其形成機(jī)理問(wèn)題開(kāi)展了相關(guān)研究。具體內(nèi)容如下：
　　在第二章中，以有限深兩層流體中完全非線性 Navier-Stokes方程為控制方程，結(jié)合VOF動(dòng)態(tài)界面跟蹤方法和海綿層消波方法，發(fā)展了邊界激發(fā)(包括雙推板、速度入口方法)

3、內(nèi)孤立波數(shù)值造波方法。此外，采用質(zhì)量源作為內(nèi)孤立波激發(fā)源，通過(guò)對(duì)連續(xù)性方程添加源項(xiàng)的方法，提出了一種兩層流體中內(nèi)孤立波質(zhì)量源數(shù)值造波方法。在此基礎(chǔ)上，建立了三類深海浮式結(jié)構(gòu)物內(nèi)孤立波載荷的數(shù)值模擬方法。
　　在第三章中，以系列數(shù)值模擬結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合內(nèi)孤立波非線性和色散參數(shù)的組合條件，給出了數(shù)值造波過(guò)程中內(nèi)孤立波理論的選擇方法。以此為基礎(chǔ)，分別針對(duì)雙推板、速度入口和質(zhì)量源三種內(nèi)孤立波數(shù)值造波方式進(jìn)行了系列數(shù)值模擬。最后，結(jié)合系列數(shù)

4、值模擬結(jié)果，比較并評(píng)估了三種數(shù)值造波方式的效果、效率。
　　在第四章中，采用數(shù)值模擬并結(jié)合實(shí)驗(yàn)及理論分析的方法，研究了Spar、半潛和張力腿平臺(tái)等三類深海浮式結(jié)構(gòu)物的內(nèi)孤立波載荷特性。結(jié)果表明，三類深海浮式結(jié)構(gòu)物內(nèi)孤立波水平力、垂向力及其力矩?cái)?shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合，其內(nèi)孤立波載荷均由波浪壓差力、粘性壓差力和摩擦力構(gòu)成，摩擦力很小，可以忽略；對(duì)于水平力，Spar平臺(tái)波浪壓差力與粘性壓差力量級(jí)相當(dāng)，流體粘性的影響顯著，而半潛平臺(tái)和