隨機波與渦激作用下Spar平臺非線性耦合運動分析.pdf

1、目前，Spar平臺已經(jīng)在美國墨西哥灣深水海域油氣開發(fā)中得到廣泛應用，這種平臺因其優(yōu)良的運動性能和經(jīng)濟靈活的特點被許多石油公司視為未來深水油氣開發(fā)的重點和方向。Spar平臺垂蕩、橫搖、縱搖的非線性耦合運動響應問題是近些年研究的熱點。本文根據(jù)Spar平臺在水中位置變化的幾何關系推導了平臺垂蕩-橫搖-縱搖三自由度的非線性耦合靜水回復剛度，并在此基礎上建立了平臺的非線性耦合運動方程;采用基于勢流理論的浮體繞/輻射數(shù)值計算程序求解了作用在平臺主體

2、上的一階波浪載荷線性傳遞函數(shù)(LTF)和二階波浪載荷二次傳遞函數(shù)(QTF)矩陣;采用CFD軟件Fluent對圓柱的二維繞流進行了數(shù)值模擬，得到渦激升力系數(shù)和渦泄頻率;基于傳遞函數(shù)和海浪譜生成隨機波浪載荷的時間歷程，在時域內分別數(shù)值模擬了單向隨機不規(guī)則波、多向隨機不規(guī)則波以及隨機波和同向海流引起的渦激載荷共同作用下Spar平臺的垂蕩-橫搖-縱搖非線性耦合運動響應，得到的主要結論如下:
　　(1)當考慮單向隨機不規(guī)則波作用時，不同海域

3、下Spar平臺的垂蕩-縱搖耦合隨機運動響應主要受有義波高Hs和譜峰周期Tp這兩個波浪參數(shù)的控制，且波浪特征周期對平臺的隨機運動響應影響很大;二階平均波浪漂移載荷主要影響平臺垂蕩運動平均值，而對平臺縱搖運動平均值無明顯影響;二階低頻隨機波浪載荷對于平臺縱搖運動影響顯著，而對垂蕩運動影響很小;瞬時波面升高對于平臺垂蕩運動影響顯著，對于縱搖運動影響較小，垂蕩運動計算考慮瞬時波面升高是必要的;
　　(2)與單向隨機波中的運動響應不同，平臺

4、在多向隨機波作用下會產(chǎn)生明顯的橫搖運動，而且由于三個自由度運動之間的耦合作用，在某些海況下，平臺的橫搖運動幅值甚至超過了縱搖運動幅值;隨著方向分布參數(shù)s值的增加，平臺的橫搖運動響應逐漸減小;方向分布參數(shù)s的值對多向波隨機波面升高、垂蕩隨機波浪力和垂蕩運動響應幅值的影響均很小。
　　(3)當考慮隨機波浪載荷和渦激載荷同時作用時，渦激載荷引起的橫搖運動響應成分與波浪引起的橫搖運動響應成分的幅度相當，因此在進行Spar渦激運動特性方面研