隨機(jī)波與渦激作用下Spar平臺(tái)非線性耦合運(yùn)動(dòng)分析.pdf

1、目前，Spar平臺(tái)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(yīng)用，這種平臺(tái)因其優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)靈活的特點(diǎn)被許多石油公司視為未來深水油氣開發(fā)的重點(diǎn)和方向。Spar平臺(tái)垂蕩、橫搖、縱搖的非線性耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)問題是近些年研究的熱點(diǎn)。本文根據(jù)Spar平臺(tái)在水中位置變化的幾何關(guān)系推導(dǎo)了平臺(tái)垂蕩-橫搖-縱搖三自由度的非線性耦合靜水回復(fù)剛度，并在此基礎(chǔ)上建立了平臺(tái)的非線性耦合運(yùn)動(dòng)方程;采用基于勢流理論的浮體繞/輻射數(shù)值計(jì)算程序求解了作用在平臺(tái)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(jìn)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(jī)波浪載荷的時(shí)間歷程，在時(shí)域內(nèi)分別數(shù)值模擬了單向隨機(jī)不規(guī)則波、多向隨機(jī)不規(guī)則波以及隨機(jī)波和同向海流引起的渦激載荷共同作用下Spar平臺(tái)的垂蕩-橫搖-縱搖非線性耦合運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，得到的主要結(jié)論如下:
　　(1)當(dāng)考慮單向隨機(jī)不規(guī)則波作用時(shí)，不同海域

3、下Spar平臺(tái)的垂蕩-縱搖耦合隨機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)主要受有義波高Hs和譜峰周期Tp這兩個(gè)波浪參數(shù)的控制，且波浪特征周期對平臺(tái)的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)影響很大;二階平均波浪漂移載荷主要影響平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)平均值，而對平臺(tái)縱搖運(yùn)動(dòng)平均值無明顯影響;二階低頻隨機(jī)波浪載荷對于平臺(tái)縱搖運(yùn)動(dòng)影響顯著，而對垂蕩運(yùn)動(dòng)影響很小;瞬時(shí)波面升高對于平臺(tái)垂蕩運(yùn)動(dòng)影響顯著，對于縱搖運(yùn)動(dòng)影響較小，垂蕩運(yùn)動(dòng)計(jì)算考慮瞬時(shí)波面升高是必要的;
　　(2)與單向隨機(jī)波中的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)不同，平臺(tái)

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