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两个浮体在规则波中受到的漂移力

戴捷  
【摘要】: 为了在离岸较远的海域,经济地生产和加工天然气,人们考虑开发出浮动生产储存、装卸船(LNG-FPSO)系统。并且研究它在恶劣环境下的性能。当FPSO储存罐中的液态天然气装卸到LNG船时,LNG船通常并列停泊在FPSO船旁边以便于装卸。可是,两船处于并列位置且间距较小,两船间流体的干扰很大而且很复杂,所以在设计锚链系统时必须考虑这些问题。由于流体的干扰,两船可能碰撞,也会产生排斥力和漂移力,以致毁坏锚链系统。为了计算水动力干扰在振荡力和定常力上的影响,不仅要对以入射波波幅为基准的一阶水动力和波浪激励力引起的运动做出预报,而且要计算二阶时间平均定常力。后者定常力称为波浪漂移力,它只能由一阶量的二次乘积计算得出。准确、高效地计算多浮体的二阶波浪力是目前国际船舶与海洋工程水动力领域研究的热点之一。本文主要做了以下几方面的工作: 1.为了校核计算程序,采用分布源模型用Hess-Smith方法计算了无界流场中单个运动物体的附加质量系数,计算结果与理论值吻合良好。分析了无界流场中两个物体的间距对运动物体附加质量系数的影响。 2.关于浮体在微幅规则波作用下作微幅运动时的线性水动力问题,计算了单个浮体的水动力系数,计算结果与参考文献[2]进行了比较,二者吻合良好。分析了两个浮体间距对水动力干扰的影响。 3.众所周知,计算波浪漂移力有两种不同的方法:根据直接压力积分的近场方法和根据动量守恒原理的远场方法。近场方法能给出每一艘船的受力,但是计算比较复杂。远场方法相对容易计算,但是给出的结果是所有船受到的总力,它是从位于船体远处虚拟垂直圆柱上得到的。本文研究的预定目标是预报每艘船受到的定常力,所以必须用近场方法。本文讨论两个并排紧挨着的浮体(模拟LNG-FPSO系统)之间的水动力相互作用问题。重点放在对于波幅来说是二阶量的波浪漂移力。为了求解计及水动力干扰的一阶水动力问题,我们用线性边界元方法于两艘船的湿表面。采用基于改进了的浮体受力公式而导出的近场方法计算了每艘船上受到的二阶漂移力。针对矩形驳船和一艘紧挨着的改进型Wigley船的情况进行了数值计算。计算结果和用高阶边界元方法得到的结果吻合良好。


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