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深海桁架式Spar平台垂荡板结构水动力特性研究

沈文君  
【摘要】: 深水经典Spar平台在风、浪、流作用下,易发生大幅度垂荡运动,引起垂荡-纵摇耦合不稳定运动,进而影响作业生产。控制Spar平台运动性能的有效方法是增加垂荡阻尼板,其可以减小平台的垂荡运动,因此诞生了Truss Spar平台。 本文研究Truss Spar平台垂荡板的水动力特性,从垂荡板的运动特点和几何特征两方面,研究运动振幅、周期以及板间距等因素对水动力系数的影响规律,为垂荡板的结构设计和平台运动分析提供可靠依据。 本文应用CFD计算流体动力学方法,对垂荡板的受迫振荡运动进行数值模拟。利用前处理器建模软件Gambit建立桁架式Spar平台单个垂荡板和两个垂荡板的结构模型;利用流体力学软件Fluent中的动网格技术,编译UDF即用户自定义函数,使垂荡板结构处于简谐运动状态,最后对模型进行数值求解。针对湍流状态下,三维非定常运动垂荡板的水动力学问题,考虑振幅、周期和板间距等参数分别对附加质量系数和阻力系数的影响进行了探讨研究。 计算结果表明,在一定的幅值范围内,附加质量系数随着振幅的增大而增加,阻尼力系数随着振幅的增加而下降,并随着振幅的增加,其下降的幅度逐渐变缓;整体上C m值和C d值都随着周期的增加而增大,但是从计算结果可以看出周期(或频率)对C m值的影响很小,而对C d值的影响较为明显;板间距超过1.5倍的板宽时,附加质量系数C m和阻力系数C d随着板间距增大的趋势变得逐渐平稳,平均到每个垂荡板上的C m值和C d值与单板情况下大致相等。


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