多点系泊定位FDPSO船体水动力性能数值模拟和模型试验研究(英文)

由于中国南海海域海况十分恶劣,浮式钻井生产储油轮(FDPSO,Floating,Drilling,Production,Storage and Offloading vessel)定位方式的研究是海洋工程界值得关注的课题。文章采用数值模拟和模型试验的方法对多点系泊FDPSO水动力性能开展研究。数值模拟包括FDPSO船体频域水动力性能计算和船体/锚链时域耦合分析。船体频域水动力性能计算得到了水动力系数,波浪力和运动幅值响应算子;时域耦合数值分析得到了中国南海海域一年一遇海况和百年一遇海况下船体六自由度运动时历。模型试验在上海交通大学海洋工程深水池开展,包括静水衰减试验,白噪声试验和不规则波试验。对数值计算结果和模型试验结果进行了比较,验证了数值结果的准确性,并对多点系泊FDPSO在中国南海海域的水动力性能进行了研究。     

环境参数对浮箱系泊系统水动力性能影响

环境荷载对系泊系统受力和运动响应起着关键的影响作用,有必要对影响系泊系统的关键环境参数进行深入研究,揭示环境参数对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑张紧式和悬链式两种不同的系泊方式,建立系泊系统动力分析计算模型。结果表明:在讨论范围内,系泊力随着流速、流向、风速等环境参数的增加而增加;对于横荡和横摇,随着流速、风速等环境参数的增加,横荡和横摇曲线呈现增加的趋势;相对而言,张紧式系泊可以更好地保持系泊系统稳定。     

浮框系泊系统的水动力研究

深水网箱养殖产业在国内发展迅速,但基础理论研究相对落后,在近海风浪条件下的安全可靠性缺乏理论依据.本文对深水网箱实际工况进行简化,得到简化的浮框系泊系统的水动力模型.通过力学分析,推导出的浮框模型的6自由度方程并编制了数值模拟程序,得到浮框系泊系统的水动力特性,发现锚绳仰角偏大的现象并提出了解决方案,为网箱等飘浮性结构物的水动力计算提供了依据.     

采用弦式系泊系统的海洋平台水动力性能数值模拟分析北大核心CSCD

[目的]弦式系泊系统是针对特种海洋平台的永久靠泊需求而提出,需要研究采用该系统的平台的水动力性能,以验证其对永久靠泊需求的适应性。[方法]首先,基于三维势流理论,采用边界元方法建立码头靠泊平台数值模型,并对不同码头潮位条件下的系泊平台进行频域数值模拟;然后,在时域模拟中引入弦式系泊和传统码头缆绳系泊2种不同的系泊系统,模拟系泊平台在极端波浪作用下的表现,参数化分析码头潮位对系泊平台运动响应的影响。[结果]结果显示,弦式系泊系统通过提供全方向的回复力,加强了平台转动运动限制,大幅削弱了系泊平台的横摇运动,能将环境载荷能量转移到平动运动,进而加强了对平台整体运动的限制;系泊平台的运动范围均衡且稳定可控;该系统对平台的运动限制效果受码头潮位变化影响小。[结论]研究表明弦式系泊系统相较于传统码头缆绳系泊更适应特种海洋平台的永久靠泊需求。     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。     

多点系泊系统动力分析方法

本文给出了CALM型多点系泊系统运动和受力的计算方法.将系统运动计算分解为平均位移、低频漂移运动和高频(波频)运动三部分.低频运动在时域内求解,可以考虑风、浪、流有不同夹角的情况.高频运动中锚链-浮筒--船的运动是相互耦合的.考虑了锚链动力特征,给出了基于有限元法的锚链围绕平均位置作高频运动的新的方程.提出了计算单点和多点系泊系统平衡位置的新方法,计算结果与其它有关的计算结果进行了比较.     

船舶系泊系统动力分析

采用悬链线方程对海上船舶系泊系统所采用的缆索进行准静态分析,然后采用拉格朗日方程对缆索进行动态分析,获得缆索的数学模型。给出一组有关船舶动态情况时的三自由度微分方程组,通过比较准静态与动态时缆索的张力特点,可得迎流缆在动态时的最大张力比准静态小等。     

系泊浮箱运动稳定性影响因素分析

对于水上系泊系统,系泊方式对于整个系泊系统的系泊力和运动精度有着非常重要的影响,有必要分析不同系泊方式对系泊系统运动性能和系泊缆动力性能的影响,揭示系泊方式对系泊系统的作用和影响机理。基于势流理论,结合大型水动力学软件AQWA,以一种简单的矩形浮箱式结构物为典型示例,根据浮箱基本参数及相关技术要求,考虑系泊半径、预张力、张开角度等影响系泊性能的主要因素,建立系泊系统动力分析计算模型。分析结果表明:随着缆绳系泊半径的增加,系泊半径对最大系泊力的影响逐渐减少;增加系泊缆的预张力能够有效减少浮体纵荡偏移,提高系泊系统工作的稳定性;增加系泊缆张开角度能够更好地抵抗横向环境载荷,提高平台定位能力。     

SPAR平台张紧式系泊系统方案

针对系泊系统中系泊缆绳的根数、分组布置方式以及系泊缆绳组内夹角对系泊性能的影响进行时域动态计算,分析所得结果并选定最终的系泊方案。计算分析了3组4根、4组3根、2组6根和均匀布置的布置方式,对比结果表明:3组4根的布置方式方案受力最小,平台水平偏移最小,性能最优;而在综合考虑了系泊缆绳的碰撞和运动受力性能后发现,5°组内夹角最为合适。     

海上养殖平台系泊系统耦合动力响应与疲劳计算

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统极限载荷有重要影响,而波频振荡是产生疲劳损伤的主要因素。计算结果表明,系泊缆能够有效限制平台运动,且疲劳寿命满足设计要求,可为类似平台的设计和安全性评估提供参考。     

波浪作用下锚泊系统动力响应的数值模拟

应用高阶边界元的数值方法，基于三维线性势流理论，在时域内数值模拟波浪作用下锚泊系统的动力响应。讨论了波数、水深和初始水平预张力对锚泊系统运动响应的影响，研究结果对工程实践具有一定的指导意义。     

水下导航拖曳载体水动力性能分析

三体船型适合作为水下导航系统的载体平台,其主体对整个载体的稳定性有较大影响。采用数值计算的方式分析主体封闭和开敞条件下,载体在静水拖曳直航工况下的水动力性能。结果表明:封闭主体与迎流有一个较大的接触角度,使得来流在主体前方的迎流区形成一个很大的流动停滞区,不利于载体的纵向稳定。当主体采用全开敞结构时,流体在整个舱室内几乎没有流动停滞区和飞溅,对应的载体稳定性相对较高,且压差阻力在总阻力中发挥主导作用。随着Fr值的增大,载体的横倾幅值不断增大,但变化不大。载体的纵向稳定性受Fr的影响较大,且在Fr的值接近0.428时,纵倾值突变到4.8°左右。     

LNG-FPSO单点系泊系统特性研究

LNG-FPSO具有开采、处理、液化天然气的功能,并可储存和装卸LNG,由单点系泊系统长期系泊于作业海域。基于BV系泊分析软件ARIANE7.0.2,采用时域计算方法分析了预张力和系泊缆长度等参数对系泊缆最小安全系数和最大躺底长度的影响,结论为系泊系统的优化提供了一定的参考。     

浮式生产储油船锚泊定位性能计算

应用计算锚链的悬链线方程和计算船舶运动的格林函数方法的耦合数值方法，对一锚泊的浮式生产储油船进行了定位性能计算，给出了自由状态与锚泊状态系统的运动响应特性的对比、不同状态与工况的锚泊浮体的运动性能参数以及锚链承受的张力等计算结果。研究成果可以为浮式生产储油船锚泊系统设计、校核计算和锚泊系统形式与参数优化提供初步计算结果以及用于设计方案的比较。     

可解脱FPSO的系泊系统解脱过程动态模拟与优化

对中国南海新型可解脱FPSO的系泊系统开发设计而言,如何快速有效地实现解脱是其中的关键技术之一.该文首先对可解脱FPSO的解脱方式及解脱系统进行了简单介绍,然后对解脱过程进行了时域模拟及相关影响因素的敏感性分析,最后得到影响浮子解脱的关键因素,并据此进行了浮子的优化设计.本研究工作为系泊系统解脱的设计提供了分析方法与优化思路,相关结论可被类似解脱系统的设计作为参考.     

不同系泊模式LNG旁靠超大型FSRU系泊系统设计及水动力性能分析

本文采用规范设计、理论分析和数值仿真相结合的方法,建立LNG船与LNG-FSRU两船旁靠系泊的理论和数值分析模型,对LNG旁靠FSRU码头系泊和软钢臂单点系泊两种典型系泊模式下的转运及卸载作业进行数值分析.同时考虑外部海洋环境风、浪、流组合作用下的综合作业工况,确定FSRU与LNG近距离旁靠作业时系泊设备、缆绳种类、固定式和漂浮式护舷的选型和布置,对LNG、FSRU船的运动特性以及运动过程中缆绳张力和护舷受力开展统计分析,优化系泊系统布置和参数.在系泊系统设计和分析的基础上,根据系泊缆的直径、所受最大张力值,为系泊设备选型提供参考,便于开展码头系泊系统和单点系泊系统布置研究.基于旁靠系泊的设计标准提出LNG-FSRU安全作业的最大允许海况,为LNG-FSRU的运营提供可靠的技术保障.     

开敞式码头船舶系缆力数值分析

基于水动力计算软件Hydro-star和系泊分析软件Ariane,针对在风、浪、流作用下开敞式码头的系泊系统进行完整的准动态时域模拟,根据数值模拟分析求得开敞式码头系泊系统在多种工况下的系缆力,数值模拟分析结果与实际情况基本吻合,可为开敞式码头的设计提供参考.