內孤立波與深海浮式結構物相互作用特性研究.pdf

1、伴隨著中國經濟的快速持續(xù)發(fā)展，能源消費量也呈現(xiàn)出快速增長的態(tài)勢，加快南海石油天然氣開發(fā)已經成為國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。大量的觀測結果表明，南中國海內孤立波活動頻繁并且分布廣泛，對深海浮式結構物的安全運營構成嚴重影響，隨著南海油氣開發(fā)的深化，內孤立波已經成為必須考慮的一種災害性環(huán)境因素。目前對內孤立波作用下深海浮式結構物的載荷及運動響應的認識仍較為有限，許多內在的水動力學機理尚不清楚，包括各類載荷的構成及形成機理，粘性的影響以及現(xiàn)有工

2、程簡化方法的適用性等。
　　有鑒于此，本文在回顧和總結了本領域國內外研究現(xiàn)狀的基礎上，采用數(shù)值模擬并結合實驗及理論分析的方法，針對內孤立波作用下三類深海浮式結構物(包括Spar、半潛和張力腿平臺)的載荷特性及其形成機理問題開展了相關研究。具體內容如下：
　　在第二章中，以有限深兩層流體中完全非線性 Navier-Stokes方程為控制方程，結合VOF動態(tài)界面跟蹤方法和海綿層消波方法，發(fā)展了邊界激發(fā)(包括雙推板、速度入口方法)

3、內孤立波數(shù)值造波方法。此外，采用質量源作為內孤立波激發(fā)源，通過對連續(xù)性方程添加源項的方法，提出了一種兩層流體中內孤立波質量源數(shù)值造波方法。在此基礎上，建立了三類深海浮式結構物內孤立波載荷的數(shù)值模擬方法。
　　在第三章中，以系列數(shù)值模擬結果為依據(jù)，結合內孤立波非線性和色散參數(shù)的組合條件，給出了數(shù)值造波過程中內孤立波理論的選擇方法。以此為基礎，分別針對雙推板、速度入口和質量源三種內孤立波數(shù)值造波方式進行了系列數(shù)值模擬。最后，結合系列數(shù)

4、值模擬結果，比較并評估了三種數(shù)值造波方式的效果、效率。
　　在第四章中，采用數(shù)值模擬并結合實驗及理論分析的方法，研究了Spar、半潛和張力腿平臺等三類深海浮式結構物的內孤立波載荷特性。結果表明，三類深海浮式結構物內孤立波水平力、垂向力及其力矩數(shù)值模擬結果與實驗結果吻合，其內孤立波載荷均由波浪壓差力、粘性壓差力和摩擦力構成，摩擦力很小，可以忽略；對于水平力，Spar平臺波浪壓差力與粘性壓差力量級相當，流體粘性的影響顯著，而半潛平臺和