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《海洋工程》2020年第1期中文摘要
日期:2020年04月27日 13:51:16点击数:字号:【

新型多功能干树储油半潜平台研发

谢文会,谢  彬,粟  京,韩旭亮,李  阳,赵晶瑞,冯加果

(中海油研究总院有限责任公司,北京  100028)

摘  要:针对凝析油气田开发了一型适应我国南海环境条件的深水多功能干树半潜平台,平台运动性能优良,可实现干树开采、回接水下井口、油气生产处理、凝析油存储、钻修井等功能。平台由上部组块、主船体、细长柔性连接结构、垂荡板、顶张紧式立管(TTR立管)系统、系泊系统构成,结构特点为采用细长柔性连接结构连接主船体与箱型垂荡板。垂荡板采用箱型结构,承受作业吃水压力,可实现平台与箱型垂荡板的整体拖航,平台安装简易,细长柔性连接结构可在位维修或更换。平台立柱内设置储油舱存储天然气凝析油,解决凝析油存储外输问题。平台采用成熟系统系统集成,运动性能优良,海上施工风险可控,未来有望成为一种新的深水油气田开发平台型式。

关键词:半潜平台;干树开发;凝析油存储;箱型垂荡板;细长柔性连接结构

圆筒型FPSO的优化设计与水动力性能分析

赵治民1,李  焱1,2,3,唐友刚1,2,何  鑫1,童  波4

(1. 天津大学 建筑工程学院,天津  300350;2. 天津大学 港口与海洋工程天津市重点实验室,天津 300350; 3.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津  300350;4. 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所,上海  200011)

摘  要:针对圆筒型海上储油装置FPSO垂荡运动性能较差、无法安装干式井口的问题,设计了带延伸筒体与矩形阻尼结构的圆筒型FPSO,根据延伸筒体与矩形阻尼结构是否通海分为两种型式。建立水动力计算模型,比较分析不同延伸筒体和阻尼结构型式对FPSO水动力性能的影响。针对南海作业海域,设计了悬链式系泊系统,基于JONSWAP波浪谱对FPSO的运动进行时域预报,并对系泊系统进行校核。分析结果表明:通海型FPSO垂荡固有周期显著提升,可以错开南海百年一遇谱峰周期,通海型FPSO满足钻井、安装干式井口的运动响应要求,系泊系统系缆张力满足规范要求。

关键词:圆筒型FPSO;通海型阻尼结构;水动力性能;干式井口;系泊系统

新型圆筒型FPSO垂荡抑制结构优化设计

白  杰1, 2,李  焱1, 2, 3,曲志森1, 2,唐友刚1, 2

(1.天津大学 建筑工程学院,天津  300072; 2.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072; 3.天津大学 天津市港口与海洋工程重点实验室,天津 300350)

摘  要:针对传统圆筒型FPSO垂荡运动剧烈的特点,提出一种带有垂荡抑制结构的圆筒型FPSO。采用1:77.8的缩尺比制作模型,进行垂荡纵摇衰减实验,得到带有不同垂荡抑制结构模型的固有周期和无因次阻尼系数,进而选取最优的垂荡抑制结构型式。之后计算并对比传统圆筒型FPSO和新型圆筒型FPSO垂荡纵摇运动的固有周期和幅频响应函数。在此基础上,结合我国南海海洋环境条件,设计新型圆筒型FPSO的系泊系统,计算分析自存工况下的耦合动力响应,并与传统圆筒型FPSO进行对比。结果表明,本文提出的垂荡抑制结构可以有效增大系统垂荡纵摇运动的固有周期,改善运动性能,提高系泊的安全性。

关键词:圆筒型FPSO;垂荡抑制结构;自由衰减实验;系泊系统;时域耦合分析

新型双船起重拆平台试验研究

李  巍1,2,胡智焕3,李  欣1,2,孙  浩4,WANG Andy 5,田新亮1,2,张卫东3

(1. 海洋工程国家重点试验室(上海交通大学),上海  200240;2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海  200240;3. 上海交通大学 自动化系,上海  200240;4. 中远海运特种运输股份有限公司,广东 广州  600428;5. DNV GL Oil & Gas,上海  200336)

摘  要:拆除大型海上结构物是一项非常复杂且充满挑战的工程。现提出一种新型海上平台拆除方案,该方案利用三条半潜船来代替具有重型起重装置的单一船舶,通过两艘相同的半潜船将平台上层建筑托起,随后运至第三艘半潜船上完成平台拆除。在风浪流作用下,半潜船和平台的所处方位和运动姿态一直处于动态变化中,这对船舶调节压载的稳定性以及双船运动的同步性提出了要求。为了确保该方案的高效性和安全性,设计了一套完整的模型试验装置,包括船舶模型、平台拆卸辅助设备、六自由度运动采集与分析系统、控制系统、无线通讯系统以及测量系统。开展了相应的水池试验,试验结果验证了双船起重拆除平台方案中双船协同运输这一关键环节的可行性和安全性。

关键词:动力定位;双船协同;拆平台;模型试验

系泊浮体在畸形波与波群伴生波浪作用下的运动响应试验研究

潘文博1,梁  晨1,崔  成2,张昊宸1,张宁川1

(1.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁 大连  116024;2.交通运输部天津水运工程科学研究所,天津  300456)

摘  要:畸形波与波群伴生波浪作用于系泊浮体,和常规随机波浪作用比较,运动响应时频域特征均将发生显著变化。基于物理模型试验,采用小波方法计算伴生波浪和常规随机波浪作用下系泊浮体运动响应的时频域特征变化及波群因子与浮体运动响应时频域特征的定量关系。结果表明:伴生波浪作用下浮体运动响应显著大于常规随机波浪的作用结果,且波群因子GA对浮体运动响应时频域特征有显著影响。伴生波浪作用下浮体纵荡运动的“广义能量谱”E(t)统计特征值Emax(t)、E1/10(t)、E1/3(t)、Eaverage(t)均明显大于相同波谱下常规随机波浪的结果,且随着波群因子GA增大显著增大。伴生波浪作用下各运动响应能量集中度δE显著大于常规随机波浪作用结果,且能量集中时域分布范围参数ΔTE以纵荡运动分量最为显著。

关键词:畸形波;波群;系泊方柱;小波分析;运动量

多船旁靠系泊作业关键特性研究

吴建成

(交通运输部广州打捞局,广东 广州  510260)

摘  要:旁靠带缆作业是实现海上补给、模块吊运、原油外输等运转的常用方式,针对浮式平台与两艘供应船以旁靠方式作业涉及的关键特征进行水池模型试验研究,阐述了旁靠带缆系统和护舷设备的属性和需遵循的规范衡准,深入分析旁靠系缆的张力、护舷的挤压力、船体之间的相对运动特征随有效波高和波浪入射角度等环境参数的变化规律,确定了适用于多船旁靠作业的海况条件,研究表明:波浪能量随有效波高的增大呈现非线性增大趋势,是影响旁靠作业窗口期的主要外部因素,而波浪入射角度对旁靠作业的影响程度与海况有较大关系;三船在纵荡、横荡以及艏摇方向具有明显的跟随性特点,运动响应的幅值和相位比较接近,浮式平台与供应船之间的相对运动较小,完全可满足作业要求,垂荡、横摇以及纵摇这三个波频方向,各船的运动并不同步,相对运动大,是影响多船旁靠作业窗口期的主要因素;有效波高为2.5 m的海况条件可满足多船旁靠要求,相关结论为实际的工程操作提供参考。

关键词:旁靠系泊作业;护舷;相对运动;水动力干扰

仿生胸鳍的三维尾涡结构与参数影响分析

李宁宇1,苏广胜1,赵云鹤2,孙向东3,张嗣祺1,苏玉民1

(1. 哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室,黑龙江 哈尔滨  150001;2. 中国石油天然气管道工程有限公司,河北 廊坊  065000;3. 杭州和利时自动化有限公司,浙江 杭州  310000)

摘  要:为研究仿胸鳍推进的机理和流体动力特性及缩小机器鱼与生物原型之间的性能差距,利用浸入边界法数值模拟了做耦合旋转运动胸鳍的非定常绕流问题。详细探讨了胸鳍非定常运动的三维尾涡结构演化和推进机理,并开展了胸鳍推进性能与尾涡结构的参数影响分析。结果表明:迎流面在背、腹侧边缘及鳍梢部显著涡旋结构的作用下所出现的低压力区,加之鳍表面和上游来流之间好的垂直度共同造成了在动力划水阶段的高推力;在恢复划水阶段的高升力与背侧边缘涡强度的持续增加,以及因鳍表面倾斜而引起的水动力被分解到竖直方向的比重提升有关;胸鳍尾流场被一个三维双环涡结构所支配;当前的模拟为仿胸鳍推进建立了一个最优的斯特劳哈尔数St范围(在0.55附近),在此之后平均推力仍随St的增大而增加,而推进效率则表现出一个缓慢降低的趋势;当前后拍动与纵倾运动之间的相位差为90度时,胸鳍同时取得最佳的推力和效率。

关键词:胸鳍;尾涡结构;水动力;浸入边界法;推进效率

海堤坡角变化对海啸波传播过程影响的数值分析

翟钢军1, 2,鲍建宇2,马  哲1, 2,孙家文3,赵西增4

(1. 大连理工大学 海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁 大连  116024;2. 大连理工大学 深海工程研究中心,辽宁 大连  116024;3. 国家海洋环境监测中心 海域管理技术重点实验室,辽宁 大连  116023;4. 浙江大学 海洋学院,浙江 舟山  316021)

摘  要:针对近岸海域极端海况的防灾减灾问题,准确模拟追踪海啸波传播过程,再现液面局部射流、崩破波等波面湍动现象。建立SPH数值水槽,边界条件基于固壁粒子法,减少海堤坡角改变对计算域精度的影响,讨论粒子间距设置对模拟精度的影响。模拟7种不同海堤坡角下波浪的爬高与衰减情况,讨论了海堤坡角变化对消波系数的影响。当粒子间距设置为0.002m时,模型能准确地捕捉海啸波的强非线性现象。随着海堤坡角增大,海啸波峰值爬升率增大,波浪越堤后因崩破波的产生,波能衰减进一步加剧。当坡角较小时,消波系数随坡角的增大提升明显,而后趋于缓慢增长。

关键词:海啸波;海堤坡角;波浪爬高与衰减;SPH法;消波系数;粒子间距;波面分析

不同雷诺数下倾斜圆柱绕流三维数值模拟研究

高洋洋1,张演明1,刘  彩1,王  滨2

(1.浙江大学 海洋学院,浙江 舟山  316021;2.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州  311122)

摘  要:基于计算流体力学(CFD)开源代码OpenFOAM开展了不同雷诺数(Re = 100、1500和3900)和倾斜角度(-60o ≤ α ≤ 60°)工况下倾斜圆柱绕流流场的三维数值模拟,研究了倾斜圆柱绕流的三维瞬时及时均尾流流场、流线拓扑、升阻力系数与旋涡脱落频率随雷诺数及倾斜角度变化的规律,探讨了在顺流向及逆流向情况下独立性原则对倾斜圆柱绕流的适用性。研究结果表明:随着圆柱倾角的增大,倾斜圆柱尾流产生较为明显的轴向流,尾流旋涡脱落受到明显抑制,细碎旋涡逐渐消失,尾流宽度随之减小;随着雷诺数的增大,圆柱尾流涡管发生明显的变形,展向掺混使得大量细碎旋涡产生,呈现出明显的三维特性。在不同雷诺数下,阻力系数均值、升力系数均方根及无量纲涡脱频率在一定倾角范围内符合独立性原则。

关键词:倾斜圆柱绕流;三维数值模拟;雷诺数;倾斜角度;轴向流

五圆柱体结构群绕流特性及互扰效应研究

涂佳黄1, 2,张志豪1,曹  波1, 3,肖毅凡1,梁经群1

(1. 湘潭大学 土木工程与力学学院,湖南 湘潭  411105;2. 岩土力学与工程安全湖南省重点实验室,湖南 湘潭  411105;3. 中车株洲电力机车有限公司,湖南 株洲  412000)

摘  要:基于Fluent流体计算平台,运用大涡模拟方法对亚临界雷诺数Re=3 900下“X”形排列五圆柱体结构群三维绕流特性进行研究,主要分析来流攻角(α)与间距比(L/D)两个关键参数对五圆柱体结构群的尾流区三维涡结构演化与流体力系数的影响,并揭示其内在流动互扰机理。研究表明:来流攻角和间距比的变化对五圆柱体结构群流动控制及互扰效应的影响显著。在小间距比工况下,观察到柱体群间隙区域内流体高速流动的现象,导致五圆柱体之间的互扰作用十分强烈。间隙流对中间圆柱体和下游圆柱体有较强的冲击作用,对其表面的流体力分布特性有显著的影响。另外,大间距比工况下,当α=0°与L/D≥5.0工况时,柱体群尾流效应强于其间隙流效应。当α=22.5°与L/D=7.0时,位于下游与中间处的圆柱体流体绕流特性存在较大差异性。而当α=45°与L/D≥6.0时,位于上游与中间处的圆柱体尾流区均会产生正负交替的漩涡结构。

关键词:五圆柱体;间距比;来流攻角;流动模态;互扰效应

基于局部时间步长方法的潮流数值模型研究及应用

胡  鹏,姬奥飞,陶俊余

(浙江大学 海洋学院,浙江 舟山  316021)

摘  要:为了准确快速地模拟潮流过程,将局部时间步长方法(local time step approach,简称LTS方法)应用于基于黎曼近似解通量-有限体积法的浅水模型。LTS方法和传统整体最小时间步长方法的计算性能对比表明,两种方法的计算结果定量差异远小于模拟值与实测值之间相对误差;但由于LTS方法对每个网格采用了与稳定性条件相适应的尽可能大的时间步长,计算效率大幅度提高。本模型计算所得渤黄东海的潮流传播过程、潮汐调和常数的空间分布、无潮点位置,以及长江口和杭州湾区域的潮流过程与已有认识和实测资料吻合良好。

关键词:潮流传播过程;潮汐调和常数;有限体积法;局部时间步长;计算效率;长江口;杭州湾

潜式与离岸式人工岬头护滩作用和水交换特征比较

陈淑敏1,潘  毅1,陈永平1,杨耀中2

(1.河海大学 港口海岸与近海工程学院, 江苏 南京 210098;2 江苏省水利厅, 江苏 南京 210029)

摘  要:潜式人工岬头和离岸式人工岬头是两种改良式人工岬头,与传统人工岬头相比,它们对岸滩的保护效果稍弱,但能改善岬湾内的水交换。以北戴河西海滩养滩工程为研究对象,采用数值模拟的方法,对潜式岬头和离岸式岬头的护滩效果和改善水交换效果进行研究比较。建立了岸线演变模型和物质输运模型,对工程后的岸线演变及水交换情况进行模拟。岸线演变的模拟结果表明,潜式岬头和离岸式岬头的护滩效果均较好,但潜式岬头后的岸线形状相比离岸式岬头后更为平滑。讨论了海滩的侵蚀和淤积特性对潜式岬头和离岸式岬头的影响以及潮汐条件对冲淡时间的影响。与传统岬头相比,潜式岬头和离岸式岬头可以很好地减少岬后冲淡时间以及改善岬湾内水交换,而护滩效果只是稍有减弱。因此,潜式岬头和离岸式岬头都是改善岬湾水交换的有效工程措施。

关键词:岸线演变;冲淡时间;人工岬头;岸滩保护;水交换;北戴河;护滩效果

钱塘江涌潮对地形变化的响应研究

张舒羽1,2,潘存鸿2,程文龙2

(1.浙江同济科技职业学院,浙江 杭州  311231;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州  310020)

摘  要:钱塘江涌潮以汹涌磅礴闻名中外,并对沿江防灾减灾带来巨大挑战,研究涌潮规律具有重要的学术价值和现实意义。采用涌潮数学模型研究钱塘江涌潮在地形变化下潮汐和涌潮特征的变化。结果表明,地形变化对潮汐和涌潮影响显著。随着地形的降低,钱塘江沿程低潮位下降,高潮位总体呈下降趋势,潮差增大,涨潮历时增加;涌潮高度和涌潮最大流速随相对Froude数呈先增后减规律,起潮点上移,涌潮传播速度增大;当地形降低到临界值后,相对Froude数小于1,涌潮消失。研究结论解释了钱塘江丰水地形涌潮大、枯水地形涌潮小的现象。为保护涌潮资源,维持适当的江道容积是必要的。

关键词:涌潮;钱塘江;地形变化;传播速度;潮汐特征

导管架平台拆除过程稳定性及影响因素分析

孙树峰1,吕  涛1, 2,陈国明1,孙久洋1,宋玉东1,何  睿1

(1.中国石油大学 海洋油气装备与安全技术研究中心,山东 青岛  266580;2.山东海洋工程装备研究院有限公司,山东 青岛  266000)

摘  要:现有服役海洋平台正逐步走向老龄化,海洋平台拆除成为海洋工程新的经济增长点。针对达到服役年限的导管架平台,基于数值分析方法模拟拆除过程,开展平台在不同拆除阶段和环境载荷等参数下的稳定性及影响规律研究。基于钢结构整体稳定性理论,以导管架平台拆除过程中顶点位移为参考,定义导管架平台拆除作业稳定性指标,提出拆除作业阶段划分方法,通过分析导管架平台在不同影响因素作用下拆除过程稳定性响应,给出拆除作业建议。选取我国南海某4裙12腿进行实例分析,结果表明:主桩腿对导管架平台起决定性承载作用,拆除部分主桩腿后需要引入外部支撑力,以保证拆除作业安全进行;拆除构件越多,来浪方向和环境载荷大小对平台影响越加显著。研究结果可为导管架平台拆除作业提供参考。

关键词:导管架平台;拆除作业;动力响应;时程分析;作业参数

基于现场实测的渤海风速特性研究

张延涛1,吕柏呈2,武文华2,孙刘璐2

(1. 中海石油(中国)有限公司天津分公司,天津  300459;2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连  116024)

摘  要:风荷载是影响海洋结构物设计和安全服役最为显著的环境因素之一。利用在役海洋平台监测系统对渤海风速场展开长期监测,获得了长期的风速信息。对极值风速进行分析,利用极值Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型分布对风速极值的概率密度进行拟合。

基于极值Ⅰ型概率分布,获得了渤海海域重现期为5年、10年、30年和50年的最大风速值。对年最大风速的脉动风分量、湍流强度、阵风因子进行了分析。考虑高频分量的影响,利用小波变换,得到了脉动风速的近似分量和细节分量,计算了实测风速的纵向和横向的空间积分尺度。对比经验脉动风谱与实测脉动风谱,证明了Davenport风速谱能够较好地拟合渤海现场风速场。

关键词:渤海;风速;重现期;空间积分尺度;风速谱;湍流强度

泥沙突变理论在海底管线冲刷中的应用

杨少鹏1,拾  兵1,杨立鹏2

(1.中国海洋大学 工程学院,山东 青岛  266100;2.青岛市董家口经济区管委,山东 青岛  266400)

摘  要:基于泥沙突变理论,针对海底管线冲刷下泥沙的运动特征,建立恒定流作用下的泥沙起动模式,确定希尔兹数、无量纲参数d*=mdm/d0、冲刷坑深度之间相互作用的非线性方程,推导了恒定流作用下海底管线冲刷坑深度的预测公式。将相同条件下该公式的计算结果与前人的试验资料进行了对比,可发现尽管计算结果存在一定的误差,但也基本能满足对冲刷坑深度的预测和判断,从而证明了泥沙突变模型在预测海底管线冲刷坑深度中的适用性。

关键词:突变理论;尖点突变模型;泥沙;恒定流;海底管线;冲刷坑深度

考虑高低温影响因素的金属密封总成性能分析

吴继媛

(南方科技大学,广东 深圳  518055)

摘  要:水下井口系统环空金属密封总成设计是水下油气装备国产化核心技术之一。前期国内相关研究人员已在密封设计、密封机理等方面形成共识,但密封性能评价的全面性和准确性依旧存在不足。鉴于此,提出考虑高低温影响的金属密封总成性能评价方法,构建了“有限元分析+室内测试+无损探伤”的评价流程。评价结果显示:温度是金属密封设计及性能评价过程中不可忽略的重要影响因素;设计温度范围内,该金属密封总成的密封性能及主体结构强度满足设计要求,但仍不同程度地受到温度变化影响;相对于常规方法,该评价方法更加全面准确,可为该领域其它密封设计提供借鉴和参考。

关键词:金属密封总成;密封评价;温度;有限元;工厂测试

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