半潜平台波浪爬升数值研究

发布时间：2017-12-15 17:17

  本文关键词：半潜平台波浪爬升数值研究

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【摘要】：由于不断恶化的深海环境，以及近年来极具破坏力的超强台风等极端海况发生，严重威胁了平台的安全性，在半潜平台设计过程中，气隙性能是诸多的安全性指标中的一个关键问题。气隙作为衡量平台甲板是否发生砰击和越浪的一个重要参数，是指海洋平台下层甲板至波面之间的垂向距离。传统的设计观念是使得下层甲板与波面之间具有足够的高度以保证甲板不上浪。但增加平台初始气隙需要付出很高的代价，而且由于自身重量和稳定性因素，甲板的高度也受到限制，并不能无限制的增大。 半潜平台波浪爬升是目前海洋工程学科的前沿课题。本论文采用理论分析、数值模拟相结合的研究方法，对立柱绕射和波浪爬升效应的发生机理、入射角度、多柱结构的水动力干扰、半潜平台波浪爬升等进行了较为深入的研究。 本文以连续性方程和动量方程作为控制方程，采用VOF方法求解自由液面，建立了三维数值波浪水槽。以单立柱为对象，采用CFD方法对其周围的波浪爬升和波面扰动特性进行了详细分析。针对相关的入射波浪参数，模拟了其对立柱周围波浪爬升效应的影响；揭示了波浪爬升过程中能量的转化规律以及水质点运动分布特性。 考虑到实际海况中波浪的随机性，这将导致波浪和平台立柱之间的相对位置发生改变，影响波浪沿立柱的爬升效应。本文从波浪沿立柱周向的爬升幅值、曲线波动位置、立柱等效直径等因素出发，研究了入射角度影响波浪爬升效应的内在机理。 由多个立柱通过将平台下甲板与水下浮箱连接而成的半潜式平台，立柱之间将存在相应的干扰，会增强波浪沿立柱表面的爬升效果和放大自由面上局部波面。本文采用数值模拟方法，对不同组合方式的立柱结构，，详细研究了外部波浪参数、立柱间距以及入射角度等因素对柱体之间水动力扰动效应的影响；重点分析了四立柱结构下，内侧边波的相互干扰和叠加效应；研究了不同入射角度下的波浪爬升和波浪叠加效应，探索了多立柱内部区域由于发生近场干涉对波动场的分布特征的影响。 此外，还从波浪表面的变化、水质点的运动特性等方面下手，研究了水下浮箱对半潜平台波浪爬升的影响。研究表明水下浮箱会使得波浪的叠加和波面的扰动效应增强；另外，由于浮箱的上表面托起部分水体而抬高了浮箱区域的波面。 本文采用合理的数值计算方法，重点研究了入射波陡参数、波浪散射参数、入射角度、多柱之间的水动力干扰、立柱的间距、有无水下浮箱等因素对半潜平台周围波浪爬升效应的影响，得到了较为系统的、具有一定创新意义的结论。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P751;P731.22

【参考文献】

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1 单铁兵;杨建民;李欣;肖龙飞;;一种适用于陡波条件下研究半潜平台周围波浪非线性爬升效应的计算方法[J];船舶力学;2013年04期

本文编号：1292780