淺水軟鋼臂系泊FPSO水動力性能和運動響應(yīng)數(shù)值研究.pdf

1、近年來,我國淺水FPSO的廣泛應(yīng)用和國際LNG市場的興盛使淺水浮體水動力學(xué)獲得了學(xué)術(shù)界、工程界的廣泛興趣和關(guān)注。通過實際觀測或者是物模試驗發(fā)現(xiàn),淺水FPSO或者LNG船具有較為劇烈的縱蕩響應(yīng),較大的垂直面內(nèi)運動,觸底或者和軟鋼臂發(fā)生碰撞,直接導(dǎo)致船體的不穩(wěn)定和系泊系統(tǒng)的危險,這些非常值得引起重視。然而現(xiàn)今數(shù)值模擬的結(jié)果和物模試驗結(jié)果并不十分吻合,因此淺水環(huán)境的FPSO運動響應(yīng)特征及其與軟鋼臂系泊結(jié)構(gòu)的相互耦合需要深入研究。
　　

2、 本文以淺水軟鋼臂系泊的FPSO作為研究對象,在頻域內(nèi)對其進(jìn)行水動力參數(shù)和一階波浪傳遞函數(shù)的計算和分析,揭示了隨著水深的變淺浮體的附加阻尼和質(zhì)量呈增大趨勢,并導(dǎo)致了自然周期的相應(yīng)增大。耦合動力分析時,不采用非線性彈簧模擬系泊系統(tǒng)的方法,而采用多體方法模擬軟鋼臂系泊實際結(jié)構(gòu)和FPSO,展開FPSO縱蕩運動響應(yīng)特征、船體垂直面內(nèi)運動響應(yīng)特征以及大首搖位移等問題的研究工作。另外,本文還重點對淺水FPSO的二階差頻力及計算方法進(jìn)行了深入分析和討

3、論。
　　 采用Pinkster近似法求解了整體二階波浪力傳遞函數(shù)矩陣,發(fā)現(xiàn)水深的變淺帶來了縱蕩差頻力的顯著增大。譜分析表明差頻力隨著譜峰周期的增大而增大。Newman近似法和Pinkster近似法在淺水下計算結(jié)果有較大差異。Newman近似法對二階差頻力的計算有效性與水深、波譜及FPSO縱蕩固有周期相關(guān),其準(zhǔn)確性隨著水深變淺和譜峰周期大增大不斷下降。
　　 基于多體動力分析方法的耦合分析結(jié)果表明,和深水不同,淺水條件下

4、垂蕩、縱搖運動響應(yīng)波浪低頻的貢獻(xiàn)不可忽視。而波浪低頻力亦或波頻力對垂直面內(nèi)的運動響應(yīng)起主導(dǎo)作用,依賴于波譜峰值周期、有義波高和FPSO的固有周期。因此垂直面內(nèi)響應(yīng)幅值隨著水深的變化并不能形成普遍規(guī)律,而是得進(jìn)行個案分析。
　　 FPSO靜回復(fù)力特性分析和靜水／有流／有風(fēng)的自由衰減數(shù)值模擬分析結(jié)果揭示了FPSO縱蕩運動具有低頻和低阻尼特性。水深越淺,對縱蕩響應(yīng)起主導(dǎo)作用的差頻力增幅越明顯,進(jìn)而導(dǎo)致了FPSO縱蕩響應(yīng)越來越劇烈這一現(xiàn)

5、象。橫擺角速度拖曳力的敏感性分析表明,在首搖響應(yīng)達(dá)到27°時其才起重要貢獻(xiàn),它的存在給系統(tǒng)提供了一定的阻尼,使系統(tǒng)運動緩和,系泊力減小。不考慮首搖拖曳力可能導(dǎo)致保守的計算結(jié)果。
　　 本文對FPSO二階波浪力的研究有助于數(shù)值分析計算的準(zhǔn)確性,對淺水下船體運動響應(yīng)特征的研究對FPSO和LNG接受終端的設(shè)計和發(fā)展有一定的參考價值。而本文采用多體分析方法模擬系泊系統(tǒng),希望此方法得到進(jìn)一步的理論、實驗的驗證和改善,成為更加準(zhǔn)確預(yù)報軟鋼臂