《FLNG淺水液艙晃蕩及其耦合運動機理研究》是依託武漢理工大學，由蘇焱擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：FLNG淺水液艙晃蕩及其耦合運動機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：蘇焱
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
浮式液化天然氣儲存裝置（FLNG）作為海上天然氣開發有效手段已經成為各國研究熱點。當FLNG內液體裝載較少且外部波浪頻率接近液艙流體固有頻率時, 內部晃蕩運動及其船體耦合運動呈現強非線性，澄清該非線性運動機理對於FLNG設計至關重要。本課題首先對液艙晃蕩運動和船體耦合運動線性回響構建計算模型, 分析其在不同波浪條件下運動規律; 其次基於新型速度勢Boussinesq理論拓展模型以及移動邊界算法對液艙內部淺水晃蕩運動規律進行分析研究, 並通過模型試驗對比驗證分析; 最後利用時域運動方程構建船體耦合運動計算模型, 分析淺水晃蕩運動對於船體運動回響影響規律。
結題摘要
浮式液化天然氣生產存儲裝置（FLNG）是海上天然氣開發重要工具，裝置在波浪激勵作用下，內部液艙會產生劇烈晃蕩運動，並對船體運動產生較大影響。本課題主要針對內部液艙運動規律，特別是淺水液艙晃蕩運動規律進行分析研究，同時對內部液艙晃蕩運動與船體運動耦合分析結果進行研究。首先基於線性勢流理論，構建液艙晃蕩以及船體耦合運動求解模型，該模型在FLNG初步設計階段可以用於快速預報，結果表明對於高充液率情況下液艙晃蕩船體耦合問題，能夠較好的描述耦合運動主體特徵。對於低充液率情況，內部呈現強非線性行進波，本課題採用高精度Boussinesq方程進行計算描述。計算結果表明，當外部激勵頻率接近液艙固有頻率時，淺水液艙內部流體呈現出單個，兩個或者三個強非線性行進波波峰在液艙內部來回運動現象。波浪行進到艙壁之後，衝擊壁面產生爬升回落，最後返回傳播。對於船體與淺水液艙晃蕩耦合運動分析，基於頻域計算結果，通過時域運動方程進行求解並與線性理論以及實驗結果對比。在第一個固有頻率周圍，由於橫搖固有周期與晃蕩固有頻率較為接近，耦合現象明顯，此時非線性理論與線性理論均可描述。對於第二個固有頻率處，屬於內部液艙非線性波浪運動導致，故只有非線性Boussinesq方程與實驗結果吻合。本課題初步拓展研究三維液艙晃蕩運動回響，首先對於三維方形液艙水平面兩個方向平動，激勵幅值相同，激勵相同頻率且接近固有頻率，結果發現在水平面兩個方向上均出現單峰行進波，波峰線十字交叉。雙波峰與三波峰具有同樣交叉運動特性。對於橫搖，縱搖以及艏搖運動，需要複雜速度勢特解，以待後續研究。本課題針對變化底部處FLNG耦合運動進行分析，基於三維數值波浪水池模擬波浪在變化地形上傳播變形過程，提取船舶所在位置處波浪特徵，基於哈斯金關係式計算浮體所受作用力，進而分析其運動特徵。通過分析表明海底形狀對浮體水動力係數產生影響，從而改變固有頻率，影響耦合運動特徵。
