半潛平臺(tái)波浪爬升數(shù)值研究.pdf

1、由于不斷惡化的深海環(huán)境,以及近年來極具破壞力的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)等極端海況發(fā)生,嚴(yán)重威脅了平臺(tái)的安全性,在半潛平臺(tái)設(shè)計(jì)過程中,氣隙性能是諸多的安全性指標(biāo)中的一個(gè)關(guān)鍵問題。氣隙作為衡量平臺(tái)甲板是否發(fā)生砰擊和越浪的一個(gè)重要參數(shù),是指海洋平臺(tái)下層甲板至波面之間的垂向距離。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念是使得下層甲板與波面之間具有足夠的高度以保證甲板不上浪。但增加平臺(tái)初始?xì)庀缎枰冻龊芨叩拇鷥r(jià),而且由于自身重量和穩(wěn)定性因素,甲板的高度也受到限制,并不能無限制的增大。

2、r>　　半潛平臺(tái)波浪爬升是目前海洋工程學(xué)科的前沿課題。本論文采用理論分析、數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法,對(duì)立柱繞射和波浪爬升效應(yīng)的發(fā)生機(jī)理、入射角度、多柱結(jié)構(gòu)的水動(dòng)力干擾、半潛平臺(tái)波浪爬升等進(jìn)行了較為深入的研究。
　　本文以連續(xù)性方程和動(dòng)量方程作為控制方程,采用VOF方法求解自由液面,建立了三維數(shù)值波浪水槽。以單立柱為對(duì)象,采用CFD方法對(duì)其周圍的波浪爬升和波面擾動(dòng)特性進(jìn)行了詳細(xì)分析。針對(duì)相關(guān)的入射波浪參數(shù),模擬了其對(duì)立柱周圍波浪爬升

3、效應(yīng)的影響;揭示了波浪爬升過程中能量的轉(zhuǎn)化規(guī)律以及水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)分布特性。
　　考慮到實(shí)際海況中波浪的隨機(jī)性,這將導(dǎo)致波浪和平臺(tái)立柱之間的相對(duì)位置發(fā)生改變,影響波浪沿立柱的爬升效應(yīng)。本文從波浪沿立柱周向的爬升幅值、曲線波動(dòng)位置、立柱等效直徑等因素出發(fā),研究了入射角度影響波浪爬升效應(yīng)的內(nèi)在機(jī)理。
　　由多個(gè)立柱通過將平臺(tái)下甲板與水下浮箱連接而成的半潛式平臺(tái),立柱之間將存在相應(yīng)的干擾,會(huì)增強(qiáng)波浪沿立柱表面的爬升效果和放大自由面上局部

4、波面。本文采用數(shù)值模擬方法,對(duì)不同組合方式的立柱結(jié)構(gòu),詳細(xì)研究了外部波浪參數(shù)、立柱間距以及入射角度等因素對(duì)柱體之間水動(dòng)力擾動(dòng)效應(yīng)的影響;重點(diǎn)分析了四立柱結(jié)構(gòu)下,內(nèi)側(cè)邊波的相互干擾和疊加效應(yīng);研究了不同入射角度下的波浪爬升和波浪疊加效應(yīng),探索了多立柱內(nèi)部區(qū)域由于發(fā)生近場(chǎng)干涉對(duì)波動(dòng)場(chǎng)的分布特征的影響。
　　此外,還從波浪表面的變化、水質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特性等方面下手,研究了水下浮箱對(duì)半潛平臺(tái)波浪爬升的影響。研究表明水下浮箱會(huì)使得波浪的疊加和波