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半潜式海洋平台水动力性能初步研究

作　者: 施峰
导　师: 管义锋
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 半潜式平台运动性能数值计算参数影响
分类号: U661.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 163次
引　用: 1次
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内容摘要

随着人全球人口的增加,人类对石油的需求量逐渐增长,使人类的生存空间逐渐向海洋与空中拓展。海洋蕴藏着丰富的课供人类从事生产、生活的资源,包括石油资源、矿产资源、化工资源、食品资源等,海洋是二十一世纪人类发展必须要深入开发的领域。本文以势流理论下的三维辐射和绕射理论为基础,采用频域格林函数法求解浮体频域运动方程得到浮体的水动力参数。在数值计算方面采用了DNV出品的SESAM软件对半潜式海洋平台的各个自由度上的性能进行了计算,通过比较结果,可以得出以下结论:(1)对于半潜式平台的水动力分析,纵摇、横摇及垂荡这三个方向的性能是我们最关心的,本文也对这三个自由度的运动性能进行了重点的关注。从数值计算的结果可以看出:纵摇和横摇在作业和生存海况下的运动响应有很大的差距,生存海况选为墨西哥湾百年一遇的海况,这在实际生产中并不易遇到,但作为长期作业与海上的结构物,其设计和生产必须要考虑极端环境,在生存海况中平台的最大横摇能达到10以上,纵摇4以上而垂荡达到了10m,因此要从强度和稳定性上保证平台的生存。(2)本文对半潜式平台一些参数进行比较分析,尝试对不同吃水、重心高度、垂荡板的设置进行分析。通过比对不同参数的数值结果最后得出结论:加大平台吃水能较明显的改善平台纵摇、横摇和垂荡方向的运动性能。但平台对重心高度的设置并不敏感,在一定得范围内,重心高度对平台的运动响应几乎没有影响。添加垂荡板能使得垂荡方向的运动进一步减小,但是添加时应保持一定深度以避开波浪的影响,本平台在垂荡板设置在20m时反而加大了平台的运动,所以设置的高度必须有一个最小值,而且由于成本和水深并不是线性关系,随着水深的增加,垂荡板的设置成本将大幅增加,而且连接垂荡板桁材的强度和稳定性也得不到保证,所以垂荡板的设置高度必须控制在一个合理的高度,既能优化平台的运动性能,又能兼顾平台的经济性。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-4
目录  4-6
Contents  6-8
第1章绪论  8-20
  1.1 开展研究的目的和意义  8-9
  1.2 深海平台的类型  9-13
    1.2.1 张力腿平台(TLP)  9-10
    1.2.2 浮式生产储油系统(FPSO)  10-11
    1.2.3 立柱式平台(SPAR)  11-12
    1.2.4 半潜式平台(SEMI)  12-13
  1.3 海洋平台的发展  13-15
    1.3.1 国内海洋平台发展情况  13-14
    1.3.2 国外海洋平台的发展情况  14-15
  1.4 半潜式特点  15-18
    1.4.1 半潜式平台结构特点  15-17
    1.4.2 半潜式平台的运动特点  17-18
  1.5 半潜式平台水动力性能研究现状  18-19
  1.6 论文主要研究内容  19-20
    1.6.1 主要研究内容  19
    1.6.2 研究的目的及意义  19-20
第2章基本计算理论及方法  20-38
  2.1 概述  20
  2.2 波浪荷载计算的理论依据  20-27
    2.2.1 基本假设和基本坐标系  21
    2.2.2 Morison 方程  21-22
    2.2.3 三维势流理论  22-24
    2.2.4 绕射理论的特点  24
    2.2.5 控制方程  24-25
    2.2.6 边界元法  25-27
  2.3 频域下半潜式平台水动力参数计算  27-29
    2.3.1 水动力分析模型  27
    2.3.2 半潜式平台水动力参数  27-28
      2.3.2.1 附加质量及阻尼系数  27-28
      2.3.2.2 回复力刚度  28
    2.3.3 浮体频域运动方程  28-29
  2.4 时域耦合分析  29-37
    2.4.1 浮式结构物的运动方程  30-31
    2.4.2 风荷载  31-33
    2.4.3 流载荷  33
    2.4.4 波浪载荷  33-37
      2.4.4.1 一阶波浪力  34-35
      2.4.4.2 二阶波浪漂移力  35
      2.4.4.3 二阶波浪差频力  35-37
  2.5 本章小结  37-38
第3章半潜式平台数值分析研究  38-63
  3.1 Sesam 软件简介  38-40
  3.2 半潜平台水动力分析  40-50
    3.2.1 水动力模型  41-48
    3.2.2 运动响应统计方法——谱分析  48-50
  3.3 运动响应的频域短期预报  50-62
    3.3.1 纵荡和横荡性能  51-55
    3.3.2 垂荡运动性能  55-58
    3.3.3 纵摇和横摇运动性能  58-62
  3.4 本章小结  62-63
第4章重要参数对平台运动响应的影响  63-68
  4.1 吃水  63-64
  4.2 重心高度  64-65
  4.3 垂荡板的设置  65-67
  4.4 本章小结  67-68
第5章总结与展望  68-70
  5.1 研究工作总结及结论  68-69
  5.2 研究展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
详细摘要  74-78

半潜式海洋平台水动力性能初步研究

内容摘要

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