深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究

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1、申请上海交通大学硕士学位论文深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究专业：船舶与海洋工程硕士生：吴凡导师：肖龙飞研究员上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院2015年1月DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHONVORTEXINDUCEDMOTIONSOFDEEPDRAFTSEMI-SUBMERSIBLESINCOUPLINGCURRENTSANDWAVESCandidate:WuFanAdvis

2、or:Prof.XiaoLongfeiSpecialty:DesignandConstructionofNavalArchitectureandOceanStructureSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityJan.2015II上海交通大学硕士学位论文深吃水半潜式平台波流耦合作用涡激运动响应特性研究摘要半潜式平台作为主流海洋采油平台之一，具有很多优势：甲板面积大，在波浪作用下运动性能良好，可变载荷高，

3、用途广泛等。为进一步改善垂荡性能，采用深吃水设计已成目前发展趋势。半潜式平台的立柱一般由四根或者更多柱体构成。深吃水半潜式平台（DDS）在一定的海洋流场条件下，会因为柱体表面漩涡脱落产生脉动压力，从而诱发涡激运动现象，对平台锚链和立管的疲劳寿命产生不利影响。波流耦合作用于DDS对涡激运动的影响同样受到广泛关注。本文通过模型试验和计算流体力学（CFD）数值模拟，针对一新型方形截面立柱方形布置的深吃水半潜式生产平台，研究其在180°来流方向波浪和流耦合作用时的涡激运动响应。数值模拟时以正弦振荡流模拟规则波，研究不同KC

4、数、不同相对流数规则波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动响应。研究结果表明，规则波对于流致涡激运动有减小作用，且在UT/D=0.5附近出现最小值；而波陡对于DDS涡激运动响应影响较小；规则波波高对半潜式平台涡激运动影响较大；规则波对DDS涡泄频率影响可以忽略。为了探究立柱截面以及立柱布置对平台涡激运动的影响，针对一新V上海交通大学硕士学位论文型矩形截面立柱矩形布置和一常规方形截面立柱方形布置的半潜式平台，采用数值模拟的方法，研究其在典型135°来流方向，以正弦振荡流模拟波浪，考虑不同KC数、不同相对流数规则

5、波与同向均匀流耦合作用下半潜式平台的涡激运动。研究表明，较之于仅有均匀流作用，均匀流和正弦振荡流耦合作用时，常规方形截面方形布置立柱的半潜式平台涡激运动响应明显减小，而矩形截面矩形布置立柱的半潜式平台运动响应明显增大。振荡流作用对于不同截面立柱半潜式平台流致涡激运动响应影响显著。关键字：深吃水半潜式平台；涡激运动；数值模拟；规则波；均匀流VI上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONVORTEXINDUCEDMOTIONSOFDEEPDRAFTSEMI-SUBMERSIBLESINCOUPLINGCURRENTS

6、ANDWAVESABSTRACTWiththeincreasingconsumptionofenergyproductsanddecreasingofthenaturalresourcereserves,peopletodayhaveastrongerinterestinoffshoreoilandgas.Asoneofthemostpopularplatforms,thesemi-submersiblehasbecomethehotspotintheoceanengineeringresearchesbecaus

7、eofitsadvantages:thelargedeckarea,bettermotionperformanceinwaves,andgoodadaptionindifferentworkconditionsandsoon.ThecolumnsofDeepDraftSemi-submersibles(DDS)incertainflowconditionswillbesubjectedtoVortexInducedMotions(VIM),whichsignificantlyinfluencestheloadsan

8、dlifefatigueofthemooringsandtherisers.ToinvestigatetheVIMofanewSemi-submersiblewithfoursquaresectioncolumnsinuniformcurrentcoupledwithregularwaves,modeltestsandnumericalstudiesthro