深海Truss_Spar平台水动力性能分析及系泊系统动力特性研究_周源.caj

2023-03-06 1.80MB

【摘要】 进入21世纪,社会发展日益迅速,能源需求更加突出。随着陆地上资源能源的逐步枯竭,海洋中的资源与能源已经进入到人们的视野。人类对海洋资源能源的开发日益增加,其中就包括对海洋油气资源的勘探与开发。改革开放30多年来,我国的经济发展取得了令世界瞩目的成就,高新产业、能源产业也随之迅速发展,我们对于能源和资源的需求也日益增加。为了满足日益增长的能源需求,很多海洋采油平台应运而生。在深海油气开采及生产过程中,开采深度一般为500m到3000m,因此就需要相应的深海油气平台,Spar平台就是其中一种。因此,对Spar平台在复杂的风浪流海洋环境下的研究将显得至关重要。本文的研究工作主要以一座在墨西哥湾服役的Truss Spar平台进行展开,海洋环境参数采用南海“荔湾3-1”区域的海况条件,分别采用理论分析和数值模拟的方法在频域和时域范围内对Spar平台的水动力性能以及系泊系统动力特性进行分析研究。在深海环境条件下,风浪流的作用极为复杂,深海油气设备在这样的环境下承受的载荷也很复杂,对海洋平台及其系泊系统会产生很大的影响。本文首先从Spar平台的发展历程、总体性能及结构特点等方面简单介绍了Spar平台的一些特性和研究现状。通过Ansys软件建立Truss Spar平台的三维实体模型,基于三维势流理论,将平台的模型参数导入到AQWA-LINE模块中,定义重心位置和惯性矩半径,从而获得了平台在不同频率下的附加质量、附加阻尼和运动响应幅值算子(RAO)等水动力信息。通过分析得出,本文研究的Spar平台在特殊海况下运动响应良好,得到的频域响应结果响应正常。因此,可以将得出的结果应用于下一步的分析计算。环境参数采用百年一遇的极端海况,综合考虑海风、海浪、海流的共同影响,再将Spar平台与系泊系统作为一个相互耦合的系统,在时域范围内进行耦合分析,进而得到平台的运动响应和系缆的受力情况。基于AQWA软件中的NAUT模块,通过计算可得,Spar平台在百年一遇极端海况下的运动响应与系缆张力均能达到要求。通过分析数值模拟的对比结果,在改变重心高度、改变系缆分组方式、改变系缆初始预张力角、以及一根缆破断等不同情况下,分别研究了对Spar平台及其系泊系统的运动性能所产生的影响,探索了平台与系泊系统耦合运动的变化规律,为后续Spar平台的优化设计提供了一定的参考依据。 

【Abstract】 With the increasing development of the society in the21stcentury, energy demand isbecoming more and more prominent. As the resource of land gradually drains away, the usage ofocean resource and energy has draw people’s attention and the development of Marine resourceand energy is also increasing, including the exploration of ocean oil and gas resources. During the30years’ reform and opening-up, the economic development of china has drawn the worldwideattention. The high-tech and energy industry ... 

【关键词】 Truss Spar平台; AQWA软件; 水动力性能; 时域耦合分析; 系泊系统;


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