Spar平台渦激運動關鍵特性研究

《Spar平台渦激運動關鍵特性研究》是依託上海交通大學，由呂海寧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：Spar平台渦激運動關鍵特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂海寧
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

Spar平台的柱形主體在強海流作用下會引起漩渦脫落，從而產生大幅的水平運動，增加立管及錨泊系統的載荷，這種Spar平台所特有的運動響稱為渦激運動，是海洋工程領域中的一個新的研究課題。Spar平台渦激運動的特性研究對Spar平台的設計和研究有著重要意義，不但可以改進Spar平台的性能，增強結構強度，提高疲勞壽命，還可以為研究減小渦激運動的方法和設施提供支持。本課題以Spar平台為研究對象，對渦激運動的發生機理和過程進行理論研究和探索，並結合計算流體力學軟體，對Spar平台的渦激運動進行數值模擬和預報。同時研究渦激運動的試驗測試技術，通過具有創新性的試驗方法，進行模型試驗研究。並結合數值模擬和模型試驗，對 Spar平台進行渦激運動預報及抑制研究，掌握渦激運動關鍵特徵、環境條件、影響因素、決定性參數及抑制方法。以期望能夠得到有突破性的，對實際有指導意義的結果。

結題摘要

深吃水立柱式平台（Spar平台）作為一種新型浮式海洋油氣生產平台，特別適宜於深海作業，具有運動穩定、安全性好、經濟靈活等優點，在深海資源開發中正得到越來越廣泛的套用。與其它形式的浮式生產平台相比，渦激運動是Spar平台所面臨的一個突出問題，這是由其特有的深吃水柱狀主體結構所決定。在深海海流的作用下，Spar平台的深吃水圓柱形主體後方會發生邊界層分離並導致旋渦周期性脫落，使平台主體產生周期性的大幅水平運動，從而增加立管和錨泊系統的系泊載荷，並對其疲勞壽命和強度帶來不利影響。 項目以Spar平台渦激運動的關鍵特性為主要研究內容，通過理論分析、數值計算和模型試驗相結合的方法，從渦激運動發生機理、關鍵特性、抑制方法等多方面，探索適用於Spar平台渦激運動預報和抑制的數值和試驗方法，對Spar平台渦激運動現象進行深入的系統性研究，具有開創性意義和良好套用前景。 以項目組所在的海洋工程國家重點實驗室所提出的新概念多柱桁架式Spar平台（Cell-Truss Spar）為研究對象，首先截取Spar平台硬艙部分的截面，建立了Cell-Truss Spar的二維數值模型，研究平台附近流場的特徵、渦脫落模式及相關流體動力參數，從機理方面對渦激運動的激勵、繞流流場、回響特徵等開展了深入的探索。在此基礎上，進一步建立Cell-Truss Spar的三維硬艙模型及附近流場，模擬Spar平台的半張緊式系泊系統的非線性剛度，建立Spar平台渦激運動流固耦合方程，並編寫其求解程式，對Spar平台渦激運動特徵開展數值模擬。 在數值模擬的基礎上，針對Spar平台深水系泊系統模擬，深海複雜海流的水池模擬，平台渦激運動的試驗測試等關鍵試驗技術開展研究，在海洋工程水池完成了Cell-Truss Spar的渦激運動模型試驗。對不同流速條件下，Spar平台渦激運動的幅值和周期等特徵參數進行預報，得到平台在不同折合速度下的渦激運動回響特徵，並進一步探索其他相關參數，如垂向流速剖面等對Spar平台渦激運動的影響。 還進一步研究探討了Spar平台渦激運動的抑制方法，對Cell-Truss Spar的複雜多柱式主體，提出適當的減渦裝置設計方案，分別通過數值模擬和模型試驗相結合，對減渦側板的作用機理，減渦效率，以及安裝側板後平台的渦激運動性能進行了分析和預報。