15164.spar平臺月池內(nèi)流體振動特性及其對平臺垂蕩運動影響研究

1、Spar平臺平臺月池月池內(nèi)流體流體振動振動特性特性及其對平臺對平臺垂蕩垂蕩運動運動影響影響研究研究ResearchonMoonpoolFluidVibrationacterstheEffectsontheSparPlatfmHeaveMotion學(xué)科專業(yè)：船舶與海洋工程研究生：劉春媛指導(dǎo)教師：劉利琴副教授天津大學(xué)建筑工程學(xué)院二零一四年十一月摘要Spar平臺結(jié)構(gòu)特殊，平臺主體上的中央井貫穿了整個主體，立管和其它重要鉆井設(shè)施以一定的方式布置

2、在中央井內(nèi)，構(gòu)成了整個月池結(jié)構(gòu)。根據(jù)實際情況，有時需要將月池設(shè)計為半開口形式，海水可以自由進入或者流出月池。采用頂張緊立管系統(tǒng)時，月池海水質(zhì)量與平臺主體質(zhì)量量級相當，月池流體對平臺運動的影響不可忽略。本文基于計算流體動力學(xué)的開源軟件OpenFOAM研究深海Spar平臺月池內(nèi)流體的振動特性，分析月池流體對平臺垂蕩運動的影響。（1）建立了二維、三維數(shù)值水池模型，進行了數(shù)值網(wǎng)格收斂測試，對后面需要用到的造波情況進行了最優(yōu)網(wǎng)格劃分并進行了消波處

3、理，結(jié)果表明，造波效果十分穩(wěn)定，可以用于進行接下來的模型運算。（2）研究了月池內(nèi)流體的垂向“活塞”運動模態(tài)和左右“晃蕩”運動模態(tài)的固有振動特性，分析了月池底部開口面積對流體運動的影響。結(jié)果表明，當波浪周期接近流體活塞振動固有周期時，將激起流體的垂向共振運動，不同的底部開口面積，月池內(nèi)流體發(fā)生不同幅值的垂向運動，本文計算的三種工況中，當?shù)撞块_口率為30%時，月池內(nèi)流體的活塞運動幅值最小?？紤]平臺與波浪耦合后，月池內(nèi)流體的活塞運動變得更加劇

4、烈，因此耦合效應(yīng)不可忽略。（3）考慮月池內(nèi)流體的影響，計算了不同KC數(shù)下平臺的垂向運動阻尼。結(jié)果表明，采用半開口月池后，平臺的垂蕩阻尼增加，不同的月池底部開口面積對應(yīng)不同的阻尼力。本文計算的三個算例中，30%開口面積對應(yīng)的平臺垂蕩阻尼系數(shù)最大。計算了波浪平臺垂蕩月池內(nèi)流體的耦合運動響應(yīng)，分析了底部擋板開口面積對平臺垂蕩運動的影響。結(jié)果表明，在波浪周期接近平臺垂蕩固有周期時，月池流體會抑制平臺主體的垂蕩運動，且抑制程度與月池開口面積有關(guān)。