Spar平台螺旋侧板绕流场的CFD分析

基于正交设计的浮式风机Spar平台动态响应优化

基于正交设计的浮式风机Spar平台动态响应优化丁勤卫;郝文星;李春;叶舟【摘要】为了研究螺旋侧板及其各设计参数(螺旋侧板片数、高度、螺距比)对浮式风机Spar平台动态响应的影响,建立附加螺旋侧板的Spar平台浮式风机整机模型.基于数值模拟和有限元方法,结合正交试验设计方法研究螺旋侧板及其各设计参数对浮式风机Spar平台动态响应的影响,并与不附加螺旋侧板的Spar平台进行对比.研究结果表明:螺旋侧板可明显抑制浮式风机Spar平台的垂荡、纵摇运动响应,对纵荡运动响应影响不大;在所设定的螺旋侧板各设计参数范围内,片数为2、高度为15％D(D为Spar主体直径)、螺距比为5为较佳的螺旋侧板设计参数组合;螺旋侧板高度和螺距比是优化Spar动态响应的最关键设计参数.%In order to study the effects of the helical strakes and their design parameters (the number of pieces of the helical strakes,the height of the helical strakes,the pitch ratio of the helical strakes) on the dynamic response of floating wind turbine Spar platform,a floating wind turbine Spar platform with additional helical strakes machine model was built.Considering the numerical simulation and the finite element method,numerical simulation was carried out to calculate the effects of the different parameters of the helical strakes on the dynamic response of platform,and compared with no additional helical strakes Spar platform.The results show that helical strakes significantly control the heave and pitch response of platform,but have little impact on the Surge response.The best design parameters are that the number of pieces of the helical strakes is 2,the height of the helical strakes is 15％D (D is main body diameter of Spar platform) and the pitch ratio of the helicalstrakes is 5.The height and pitch ratio of the helical strakes is the most importance design parameters of dynamic response of Spar.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)008【总页数】7页(P2231-2237)【关键词】浮式风机;数值模拟;螺旋侧板;正交设计;Spar;设计参数【作者】丁勤卫;郝文星;李春;叶舟【作者单位】上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海,200093;上海理工大学能源与动力工程学院,上海,200093;上海市动力工程多相流动与传热重点实验室,上海,200093【正文语种】中文【中图分类】TK83随着陆上风电的日趋饱和，海上风能因能量密度高和湍流度低等优势逐渐为世界各国重视，“由陆地向海洋、由近海向远海”逐渐成为未来风电场发展的必然[1−3]。

Spar平台及其总体设计中的考虑

文章编号:1001-4500(2007)02-0001-04Spar平台及其总体设计中的考虑石红珊,柳存根(上海交通大学,上海200030)摘要:回顾了spar平台的发展,对其今后趋势进行展望,并与张力腿平台进行比较,最后提出Spar平台总体设计阶段的几点考虑。

关键词:Spar平台;张力腿平台;总体设计中图分类号:P752 文献标识码:A随着陆上石油资源日趋枯竭,海洋石油成为人类重要的能源来源之一,已探明的海洋石油储量80%以上在水深500m以内,除了少数海域外,大部分地区的近海油气资源已日趋减少,向深海开发油气已成必然趋势,深海平台技术也成为国际海洋工程界的一个热点。

许多新型适应深海海洋环境的平台结构不断涌现,如顺应式平台、张力腿平台、浮式生产储油装置、Spar平台等。

Spar平台由于其灵活性好、建造成本相对较低、运动性能优良,在各种深海采油平台中脱颖而出。

南海海域是世界四大油气聚集地之一,石油可采量约为100亿t,占我国油气资源总量的1/3,而其中70%蕴藏于深水。

我国海洋石油目前的开发水深仅仅在200m水深范围,深海平台技术与先进国家存在较大差距。

目前我国正积极致力于适宜南海环境的深海采油平台结构的研究,由于南海环境与墨西哥环境的相似,以及Spar平台在墨西哥湾的成功应用,Spar平台成为南海深海采油平台首选形式之一。

1 Spar平台的发展回顾及展望1.1 Spar平台发展回顾Spar平台在1987年之前被作为浮标、海洋科研站、海上通信中转站、海上装卸和仓储中心等辅助系统使用。

1987年Edw ard E.H o rton设计了一种特别适合深水作业环境Spar平台,被公认为现代Spar生产平台的鼻祖。

1996年,Ker r M cGee公司的Neptune Classic Spar建成并投产,完成了Spar从设计构思向实际生产的转变。

随后在1998年和1999年Genesis Classic Spar和H oo ver Classic Spar相继建成投产。

Spar平台简述分析

一、Spar的总体结构
• • • • 上部组块主体结构立管系统系泊系统
Spar平台组件
2
上部组块（顶部甲板模块） ——平台生产和生活的中心
Spar平台的上部组块通常有2~4层矩形甲板结构组成，用来进行钻探、油井维修、产品处理或其他组合作业。 Spar平台一般设有油气处理设备、生活区、直升机甲板以及公共设施等，根据作业设计要求，也可以在顶层甲板上安装重型或轻型钻塔以及完成平台的钻探、完井和修井作业。
• 典型的Spar平台从上到下主要分为硬舱、中段、软舱。
4
• 平台主体从主体顶甲板至可变压载舱底部之间的部分为硬舱，它是一个大直径的圆柱体结构，中央井贯穿其中，设有固定浮舱和可变压载舱，为平台提供大部分浮力，并对平台浮态进行调整。 • 中段是指平台主体从可变压载舱底部至临时浮舱定甲板之间的部分，它是桁架结构，在桁架结构中设置2~4层垂挡板，以增加平台的附加质量并附加阻尼，提高稳性。 • 平台主体中段以下的部分是软舱，软舱主要设置固定压载舱，以此减低平台重心，同时为Spar平台自行竖立过程提供扶正力矩。 • 此外，主体外壳上还安装2~3列螺旋侧板结构，以减少平台的涡激振动，改善平台在涡流中的性能。
有较大的水平回复力，减小了平台的水平位移。具有较小的刚度，降低了缆绳的拉伸程度。缆绳的轴向刚度随轴向张力及里的作用时间而变化，容易偏移，分析起来比较复杂。缆绳容易打滑而产生蠕变，只能作为悬浮部分，而不能预放于海底，安装起来也很复杂。常用的合成材料有聚酯材料，聚酰胺材料，高模数聚乙烯材料三种。缆绳可以是螺旋状，平行股式和六股式。
2、稳定性能
• 与TLP平台不同， Spar平台的稳定性不是从系泊系统获得的，Spar平台的重心大大低于浮心，即使横摇和纵摇到最大角度， Spar平台也是个稳定系统。而TLP平台稳性主要由上部结构、张力腿和锚基等决定。

CellSpar平台结构总体强度分析

Cell Spar 平台结构总体强度分析马哲，齐凯（大连理工大学土木水利学院，辽宁大连 116024）摘要：介绍Cell Spar 平台的发展及结构形式，针对我国南海海域海况和平台作业要求，对平台进行选型，使用ANSYS 软件对Cell Spar 平台的整体结构进行有限元模拟，给出了环境荷载的选取依据，并通过作业海况和自存海况两种环境条件下的总体强度分析，确定CellSpar 平台主体结构及关键部位的应力水平和强度要求，从而建立Cell Spar 平台总体强度分析的方法。

关键词：Cell Spar 平台；结构强度；有限元海洋石油的储量占世界总储量的2/3 以上，而海洋石油储量的90%以上分布在水深200~6 000 m 之间的海域，目前世界上已发现并投入生产的200 多个海上油气田中绝大多数水深在500 m 以内。

随着近几十年来人们对近海浅水油气资源的开发，浅水油气开发技术日渐成熟，为石油工业进军深海作了充分的技术准备。

目前深水和超深水采油已经成为近年来世界海洋油气开发的主要趋势，深水采油平台则成为进行深水海洋钻井采油的最关键设备。

现有的深水采油平台包括半潜式采油平台、船式FPSO 、TLP 平台和Spar 平台。

其中Spar 平台是最新型的深海采油平台。

Spar 平台与现有的其他深海采油平台相比具有适宜深水作业，灵活性好、经济性好等优势。

目前，国际上Spar 平台共分为三代，Cell Spar 是第三代Spar 平台，比其他形式的Spar 平台具有更好的灵活性和经济性。

Spar 平台的设计和制造具有很强的垄断性，其技术主要集中在国外少数几个大公司手中。

国内对Spar 平台，特别是Cell Spar 平台的研究还完全处于起步阶段，对其各种性能还不是十分了解。

加快对Spar 平台的研究，缩小与国际先进水平的差距，对我国深海石油开发具有重要的战略意义。

对于Cell Spar 平台来说，进行结构选型分析、结构水动力及荷载分析、结构及动力响应分析以及平台整体模型试验是研究Cell Spar 平台的关键技术，对我国自行设计和制造Cell Spar 平台具有重要意义。

SPAR平台立管系统设计分析

SPAR平台立管系统设计分析王钰涵;袁洪涛【摘要】为了保证立管系统设计的合理性,根据作业油气田基本信息及规范要求对目标SPAR平台立管系统进行初步设计,根据目标油气田的基本情况,确定立管系统选型和布置;按照规范计算立管壁厚,对立管系统分组进行干涉分析,确保所设计的立管系统不会产生干涉,初步确定立管系统设计方案可行.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2019(048)002【总页数】5页(P66-70)【关键词】SPAR平台;立管系统;壁厚计算;干涉分析【作者】王钰涵;袁洪涛【作者单位】上海外高桥造船有限公司,上海200137;上海外高桥造船有限公司,上海200137【正文语种】中文【中图分类】U674.38立管系统的设计，除了取决于水下井口布置外，还跟目标平台的型式和运动有关。

对于SPAR生产平台，由于吃水比较深，平台的垂荡运动性能较好，适合各种立管系统[1-2]，考虑到井口的分布和安装维护的便利性，使用张紧式立管和钢悬链线系统。

目标SPAR平台的主尺度见表1。

表1 SPAR平台主尺度参数名称数值总长/m195.0直径/m39.6作业吃水/m178.0硬舱长度/m92.0软舱长度/m10.0中央井尺寸/m15.0 × 15.0井口槽数3 × 31.1 TTR选型和布置TTR的布置决定于水下井口的分布。

顶张式立管系统适用于井口相对于平台比较集中的情况。

平台正常情况下的位置位于这些井口的水表面。

目标油田水深为2 000 m，主要考虑7根TTR生产立管，假定没有钻井立管，立管布置见图1。

图1中PR-1～PR-7为TTR立管编号。

井口槽数采用3×3布置形式，相邻两根TTR 之间间距为5.0 m(16.4 ft)。

剩下的两个井口槽作为月池和将来备用。

图1 TTR井口布置背景油气田是以气田为主，校核立管的尺寸时，以气体产量为主，该油田18口井，7口干井，采用干式采油树。

对于TTR立管，1口井1根立管，按照标况下50×104 m3的产量进行立管尺寸校核。

Spar平台结构型式及总体性能分析

万方数据第３７卷第５期杨雄文，等：Ｓｐａｒ平台结构型式及总体性能分析台）、桁架式平台（ＴｒｕｓｓＳｐａｒ）和多柱式平台（ＣｅｌｌＳｐａｒ）。

世界上第１座传统式Ｓｐａｒ平台是１９９６年在墨西哥湾建成下水的ＮｅｐｔｕｎｅＳｐａｒ。

从设计到平台正式采油，一共只花了２５个月，一开始就显示了高效率的特点，其工作记录也显示了高度的稳定性，大大提高了业主对Ｓｐａｒ技术的信心。

到２０００年，世界上已经发展了３座传统式Ｓｐａｒ平台，分别为ＮｅｐｔｕｎｅＳｐａｒ（５８８ｍ）、ＧｅｎｅｓｉｓＳｐａｒ（７９２ｍ）和ＨｏｏｖｅｒＳｐａｒ（１４６３ｍ），其中，ＧｅｎｅｓｉｓＳｐａｒ安装了一座钻探深度可达７６２０ｍ的全装钻塔，具备自行钻探的能力，是世界上第１座钻探和采油Ｓｐａｒ平台，ＨｏｏｖｅｒＳｐａｒ是目前在役的规模最大的Ｓｐａｒ。

桁架式Ｓｐａｒ平台的概念是ＤｅｅｐＯｉｌＴｅｃｈｎｏｌｏ—ｇｙ公司和ＳｐａｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ公司提出的，并于２００１年第１次应用于Ｎａｎｓｅｎ／Ｂｏｏｍｖａｎｇ油田。

自２００１年第ｌ座ＴｒｕｓｓＳｐａｒ——ＮａｎｓｅｎＳｐａｒ安装下水，目前全世界已有９座ＴｒｕｓｓＳｐａｒ先后建成下水，还有２座在建。

其中包括２００４年初安装下水的世界上最大的Ｓｐａｒ平台一一ＢＰ石油公司的Ｈｏｌ－ｓｔｅｉｎＳｐａｒ，Ｄｏｍｉｎｉｏｎ石油公司的ＤｅｖｉｌｓＴｏｗｅｒＳｐａｒ以及世界上第１座采用尼龙塑料系泊索系统的ＭａｄＤｏｇＳｐａｒ。

由于各种最新技术的采用，到２００４年底，新建成的ＴｒｕｓｓＳｐａｒ已在多个方面取得了创造性的突破，为Ｓｐａｒ向深水、超深水进军提供了方向。

但是不管是传统式Ｓｐａｒ平台还是桁架式Ｓｐａｒ平台，它们都有一个共同的缺点就是体形庞大，造价昂贵，而且其庞大的主体对建造船坞的要求很高。

目前几乎所有的Ｓｐａｒ平台的主体都是在欧洲和亚洲建造的，然后用特种船舶运输到墨西哥湾进行组合和安装，运费昂贵，且不易于安装。

带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟

带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟何佳伟; 赵伟文; 万德成【期刊名称】《《中国舰船研究》》【年(卷),期】2019(014)004【总页数】11页(P74-84)【关键词】Spar平台; 螺旋侧板; 涡激运动; 延时分离涡模拟【作者】何佳伟; 赵伟文; 万德成【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240; 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240; 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.30 引言目前，世界上常用的深水生产平台包括浮式生产储油轮（FPSO）、半潜式生产平台（Semi-sub）、Spar平台及张力腿平台（TLP）等，其中Spar平台因相对于其他深水浮式生产平台具有稳性好、运动性能更优的特点，故成为当今世界深海石油开采的有力工具。

Spar平台主要有3种类型：传统型、桁架型和蜂巢型。

Spar 平台在来流作用下，细长的圆柱形结构部分会交替泄涡产生顺流向的拖曳力和横流向的升力，这种周期性的流体力作用在平台上，平台就会随之周期性地往复运动［1］，这种流固耦合问题称作“涡激运动”（Vortex Induced Motions，VIM）。

在单柱以及Spar平台的涡激运动发生机理、影响因素和性能预报等方面，许多学者［2-7］进行了大量的数值和实验研究。

Spar平台涡激运动会导致立管疲劳和锚泊系统损伤，是影响平台和立管安全及正常作业的重要因素。

因此，有必要对Spar平台的涡激运动抑制措施进行专门的研究。

目前，螺旋侧板是针对柱形结构物减涡使用最多的一种装置，其主要是通过扰乱漩涡分离角度以达到消减漩涡强度的目的，最终减小涡激运动幅值。

有关抑制Spar平台涡激运动的研究，国内外不少学者开展了相关工作。

成欣等［8］研究了螺旋侧板对浮式风机动态响应的影响，通过与不附加螺旋侧板情况下的动态特性参数进行对比，发现附加螺旋侧板后，浮式风机的垂荡和纵摇运动幅值与所受波浪力均得到了显著抑制；与纵荡和纵摇运动相比，垂荡运动幅值和所受波浪力均受到了较大影响；螺旋侧板对缆索张力无明显的抑制作用。

Spar平台抗风特性数值模拟研究

文章引用: 沈文君. Spar 平台抗风特性数值模拟研究[J]. 流体动力学, 2017, 5(2): 39-46. https:///10.12677/ijfd.2017.52005
沈文君
关键词
风载荷，CFD，Spar平台，数值风洞
Copyright © 2017 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
Keywords
Wind Loads, CFD, Spar Platform, Numerical Wind Tunnel
Spar平台抗风特性数值模拟研究
沈文君
交通运输部天津水运工程科学研究所，工程泥沙交通行业重点实验室，天津
收稿日期：2017年5月22日；录用日期：2017年6月5日；发布日期：2017年6月8日
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1. 引言
Spar 平台是一种移动式平台，凭借其优良的性能和相对较低的造价，已经成为世界深海油气开采生产、处理加工和储存的主力平台类型之一[1] [2]。目前已经进行采油作业的 Spar 平台，一般可以分为四部分：上体、主体、系泊系统和生产立管系统，2~4 层的矩形甲板结构组成了 Spar 平台的上体部分，上体结构主要进行钻探以及油井维修等作业，中间位置为井口，见图 1 所示。在上部模块中，包括生活区、油气处理装置以及直升机甲板等，并可以根据开采作业的要求，将钻塔安装在顶层甲板上面，以进行石油的钻探、完井以及修井作业。目前国内外研究海洋平台风载荷的常用方法主要有现场观测、数值模拟[3] [4] [5] [6]和风洞实验。对于海洋平台的风载荷，工程界一般采用规范中的经验公式来进行计算，比如《CCS 海上移动平台入级规范-2012》[7]中第 2 章第 2 节，对风载荷的计算公式进行了详细说明。但规范在计算风载荷时采用面积投影法，构件形状系数和高度系数采取经验值，不考虑各构件之间的遮蔽效应和加速效应，因此计算结果比实际值偏大。对于复杂模型的风载荷则主要采用风洞试验来测算风阻力的合力，然而风洞试验的成本高、周期长。而随着大容量、高速度计算机的普及以及计算流体动力学的发展，三维粘性流动数值模拟方法逐渐成为风载荷计算的重要辅助手段，因此本文采用基于 Navier-Stokes 方程的数值模拟方法，对某 Spar 平台的抗风特性进行研究。

螺旋侧板的导程对VIV影响的数值模拟

螺旋侧板的导程对VIV影响的数值模拟王亚非;孙丽萍;吴梓鑫【摘要】海洋立管在来流影响下极易发生涡激振动(VIV),VIV会对立管产生严重的疲劳破坏作用,导致立管很快失效.之前有大量的研究主要集中在如何采用有效措施抑制其影响,在工程中螺旋侧板的使用居多,螺旋侧板在设计中有很多参数,如螺距、侧板高度和覆盖率等.文中基于Fluent软件对不同导程螺旋侧板的立管的尾流场进行数值模拟.结果发现,螺旋侧板可以明显的抑制涡激振动的影响.同时得到:在研究范围内,螺旋侧板随导程增大控制旋涡发放效果越好,从而抑制涡激振动效果越佳;将数值模拟结果和文献的实验结果相比较,发现二者吻合良好,验证了数值模拟的可靠性.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2015(039)001【总页数】5页(P175-179)【关键词】螺旋侧板;导程;VIV;数值模拟【作者】王亚非;孙丽萍;吴梓鑫【作者单位】哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学深海工程技术研究中心哈尔滨 150001;江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212000【正文语种】中文【中图分类】U661.1王亚非(1989- )：男，硕士生，主要研究领域为海洋立管海洋立管是连接海底井口与海洋平台或钻井船的重要构件，既可以传输油气，又可以用于钻探生产.VIV会对其产生严重的结构疲劳破坏作用[1]，减少了立管的使用寿命.目前人们研制出了各种涡激抑制装置，主要有螺旋侧板(helical strakes)、导流板(splitter plate)、屏蔽装置(shroud)，以及减振器(fairings)等，由于加工及安装简单、生产成本低等原因，实际工程中大多采用螺旋侧板作为抑制设备，实验也证明了其有效的抑制效果[2-4].螺旋侧板的设计参数很多，主要是螺距、侧板高度[5-6].Korkischko等[7]在水动力实验室中通过改变螺旋侧板的几何参数研究了对VIV的抑制效果，最后得到结论：螺旋侧板可以改变旋涡脱落的频率和降低立管的振动幅值.T.Zhou等[8]在University of Western Australia风洞中用安装了3个导程P=10 D和高度H=0.12 D螺旋侧板立管进行实验，实验结果发现裸管在约化速度5～8.5范围内有明显的自锁现象，而螺旋侧板可以很好的抑制旋涡脱落同时立管没有发生自锁现象.Lee等[9]在Osaka University的实验水池用模型研究发现当螺旋侧板的P=10 D和H=0.1 D时，侧板可以明显的减小VIV对柔性立管的水动力作用，升力大小对螺旋侧板高度比较敏感.但之前的研究多数集中于实验方法，较少的涉及对螺旋侧板的导程和VIV抑制作用的关系的进行控制变量的数值分析.故本文的目的是运用Fluent对螺旋侧板的导程大小和VIV作用之间关系进行数值模拟，重点研究了立管尾流场中的旋涡脱落和立管所受的水动力随导程变化情况.在数值模拟中，使用高度H=0.08 D(D=0.02 m)和导程P分别为5D,8D,15D,17D的螺旋侧板进行研究，将结果和文献的实验数据对比，发现二者吻合良好，表明了数值模拟的可靠性.1.1 流体力学控制方程当流体运动处于湍流状态时，由非稳态的连续方程和N-S方程而求解得到.式中：F为质量力；ρ为密度；t为时间；p为压力；μ为流体的动力粘性系数. 1.2 结构动力学方程圆柱体在运动的流体中因为所受的涡激力产生流向和横向的运动，其运动方程为式中：m为单位长度圆柱体的质量；c为结构阻尼系数；k为弹簧刚度系数；Fx(t)为流向的阻力；Fy(t)为横向的升力.1.3 LES原理本文数值计算模型涉及到LES模式，其核心思想是通过精确求解一个尺度以上所有湍流尺度的运动，从而能够获得到RANS方法不可解决的许多非稳态，非平衡过程中出现的大尺度效应及拟序结构，同时它又减小了在模拟湍流尺度计算中的巨大开支.其中LES计算进行滤波，即将所有流动变量f分解成大尺度量f和小尺度量.当忽略密度波动时，用滤波函数把N-S方程进行转换，右边第一项均依赖于流场的大尺度分量，可求解方程，其后3项之和叫做亚格子雷诺应力(sub-grid scale stresses，SGS应力)，其中小尺度量必须建立模型.式中: u为速度矢量在X,Y,Z方向的分量；p为压力；ρ为密度；τij为亚格子雷诺应力；μ为流体的动力粘性系数.参考之前的实验研究和模拟计算[10]，该算例流场区域采用长30D，宽20D，高15D的长方体，D=20 mm，D为立管模型直径，上游为10D，下游为20D，两边宽各为10D.考虑到不同区域网格对流场变化的影响，以立管模型为中心，周围8D范围内网格加密.与立管壁面相邻区域也是流动状态变化较为剧烈的区域，对整个流场的影响较大，也需进行加密处理.光滑立管模型一共分为12个区域，均采用结构网格；带螺旋侧板立管模型一共分为9个区域，进口、出口以及壁面区各分为3个区域，周围八个区域采用结构网格，中间区域采用非结构网格，具体平面见图1，立体见图2.图3为带螺旋侧板立管的表边网格，图4为带不同导程螺旋侧板立管的物理模型.流体计算域的设置对于流体计算域所进行的简化设定为：1) 参考物理模型中，立管系统完全处于自由液面以下的水体中心，不考虑空气影响，采取单相模拟.2) 流体计算域的左侧设为速度入口(velocity inlet)；侧面和上下面均采用无滑移条件(wall)，右侧设为自由出流边界(outflow).3) 沿流线方向各流动参数为零，给定压力和压力梯度=0.3.1 光滑立管将网格划分信息输入 Fluent，在Re=5 000时使用LES模型进行求解.得到拖拽力系数Cd和升力系数Cl曲线图.可以求出拖拽力系数约为1.27，与文献[11]的模拟结果1.26吻合良好.运用MATLAB软件通过编程做出频率分析图(见图5)，得到该数值模拟情况下主频为2.560 8 Hz，由此算得斯特劳哈数为0.205，与文献[12]中的计算结果0.225相接近，说明了计算模型的可靠性，因而可以将所用区域及其他设置模拟带螺旋侧板的立管，并可以将该模拟结果作为带螺旋侧板立管的模拟结果的对比.3.2 带不同导程的螺旋侧板立管为了和光滑立管相对比，同时参考文献[8-9]实验研究，此算例采取侧板高为0.08D，选取不同导程(5D，8D，15D，17D)进行模拟计算，记为H0.08D-P5，H0.08D-P8，H0.08D-P15,以及H0.08D-P17四种螺旋侧板.在Fluent软件中带螺旋侧板的立管参数设置与光滑立管相同.通过数值模拟得到4种螺旋侧板与光滑立管的拖拽力系数图.从图6可以清晰的看出加上侧板高为0.08D的螺旋侧板后，随着螺旋侧板导程的变化，旋涡泻放的频率发生很大变化，拖拽力系数总体上介于0.9～1.05之间，相比于光滑立管有了显著地下降，即加上螺旋侧板后立管所受拖拽力减小了，立管所受的损坏也就减轻了.除此而外，还可以看出加上螺旋侧板后，拖拽力系数的振幅有了明显的减小，同样说明了立管受力的减弱.通过数据处理，得到表1，针对拖拽力系数分析导程的影响情况.分析表1可知，加上螺旋侧板后立管的拖拽力系数平均减少了20%之多，极差不及原先光滑立管的10%，通过数据量化的说明了螺旋侧板减少对立管损伤的优越性.对比不同导程的螺旋侧板，可以看到当螺旋侧板高度一定时，在5D～15D导程之内，拖拽力系数及其极差随着导程增大而变大，而导程为17D时，拖拽力系数与其极差小于15D导程值.虽然入口边界来流是单向的，但是在绕流过螺旋侧板后，旋涡流由端部向尾流移动，流体呈现出复杂的三维特性.文中选用Z向涡量云图比较其尾流场.图7为光滑立管在Re=5 000时流场内部涡泻放Z向涡量云图，可以看出光滑立管在整个流场中呈现出较为规则的涡街发放形态.图8～11为0.08D侧板高时不同导程下Z向涡量情况，可以看出螺旋侧板影响了涡的发放，并且随着导程的增大，立管后方涡的泻放越加紊乱，涡街已不能有规律的发放，表明螺旋侧板很好的抑制了涡激振动的影响.同时也证实了螺旋侧板导程越大，对尾流场影响越大，进而说明了能够更好地抑制涡激振动.本文利用大涡模拟数值计算了三维情况下雷诺数Re=5 000时光滑立管和带有螺旋侧板的立管，分别通过选用不同导程研究了螺旋侧板对尾流场的影响.通过拖拽力系数、升力系数以及Z向涡量云图的对比分析，得出结论：在模拟范围内螺旋侧板随导程增大明显的抑制了涡激振动对立管的影响，其中导程P=17D综合效果最佳，且水动力系数减小幅度达到了23.93%.将数值模拟和文献[3]的实验结果(水动力减额为25%)相对比，发现二者的水动力系数减幅基本接近，同时和DNV-RP-F204推荐导程值(17.5D)相符合.本文在研究螺旋侧板抑制VIV时仅考虑了导程对其影响，但实际主要影响因素还有螺旋擦板的高度，建议以后在相关的研究中考虑高度的作用效果，这样可以更好的探究螺旋侧板抑制涡激振动的本质.【相关文献】[1]HOWELLS H,BOWMAN J.Drilling riser/well system interaction in deep water, harsh environments[R].2H Offshore Engineering Limited,1997.[2]NAOAKI M，AKIYOSHI B，KOJI T．Experimental study ofa flexible riser overed with helical strakes [C]．The Thirteenth Internatinal Offshore And Polar Engineering Conference,2003．[3]HUANG Shan.VIV suppression of a two-degree-of-freedom circular cylinder and drag reduction of a fixed circular cylinder by the use of helical grooves [J].Journal of Fluids and Structures,2011，27：1124-1133.[4]BLUMBERG M,TELLIER E.Experimental evaluation of vortex induced vibration response of straked pipes in tandem arrangements [C]. OMAE 2012-83772.[5]沙勇，曹静，张恩勇，等.抑制涡激振动的螺旋列板设计参数研究[J]. 海洋工程，2013,31(1): 43-48.[6]魏泽,吴乘胜,倪阳.基于正交设计和CFD模拟的 Spar平台螺旋侧板水动力优化设计研究[J]. 船舶力学, 2013, 17(10): 1133-1139.[7]KORKISCHKO I,MENEGHINI J R.Experimental investigation of flow-induced vibration on isolated and tandem circular cylinders fitted with strakes [J].Journal of Fluids and Structures，2010，26：611-625.[8]ZHOU T,MOHD S F.RAZALI,Z，et al.On the study of vortex-induced vibration of a cylinder with helical strakes[J].Journal of Fluids and Structures，2011，27：903-917. [9]LEE K Q,AMINUDIN A,NAOMI K，et al.Investigation on the effectiveness of helical strakes in suppressing VIV of flexible riser[J].Applied Ocean Research，2014 ，44：82-91.[10]TEZDUYAR T E,SHIH R.Numerical experiments on downstream boundary of flow past cylinder[J].J.Engrg.Mech.1991，117：854-871.[11]詹昊，李万平，方秦汉，等.不同雷诺数下圆柱绕流仿真计算[J].武汉理工大学学报，2008,30(12):129-132.[12]WILLIAMSON C H K. Vortex dynamics in the cylinder wake [J]. Annual Review of Fluid Mechanics,1996,28:477-539.。

螺旋侧板对立管水动力影响的数值模拟研究

螺旋侧板对立管水动力影响的数值模拟研究曲晶瑀;杨晶;孙晓峰;柏明星【摘要】针对附有三板式螺旋侧板的立管水动力影响问题展开三维数值模拟研究,采用CFD大涡模拟方法,对不同的螺旋侧板高度h和螺距P在雷诺数分别为3 900,10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数CD、升力系数CLrms、斯特劳哈尔数St及其频谱等特性.模拟结果表明:螺旋侧板对立管升力和阻力有明显的抑制效果,升力系数均方根值CLrms较光滑立管降幅最大达到95.8％,但随着螺旋高度h的增加,会引起立管的阻力增加,螺旋高度h为0.1D ～0.2D(D为立管直径)时的抑制效果较好,并且h为0.1D时的抑制效果最为理想;CD 值和CLrms值均随螺距P的增大而增大并保持在较低值范围,两者均在P=12.5D 附近出现了随螺距P的增大而减小的现象,侧板螺距P在取值为5D ～ 17.5D范围内的选择对立管的升力和阻力抑制效果较好.%The three-dimensional numerical simulation study on the hydrodynamic effect of riser with three-plate helical strakes was carried out.The simulation analysis was conducted under different heights h and pitch P of helical strakes with the Reynolds number of 3 900,10 000 and 20 000 respectively by using the CFD Large Eddy Simulation (LES) method,and the characteristics of drag coefficient CD,lift coefficient CLrms,Strouhal number St and its frequency spectrum behind the riser were obtained.The results showed that the helical strakes had an obvious inhibitory effect on the lift force and drag force of riser.The root mean square value of lift coefficient CLrms had the maximum decreasing amplitude of 95.8％ compared with the smooth riser,but with the increase of height h,the drag force of riser increased.The inhibitoryeffect was better when the height h was 0.1D-0.2D,and the inhibitory effect was the best when the height h was 0.1D.Both the drag coefficient CD and the lift coefficient CLrms increased with the increase of pitch P and kept in the range of lower values,but both of them decreased with the increase of pitch P when P was around 12.5D.The pitch P of helical strakes had better inhibitory effect on the lift force and drag force of riser when the pitch P was in the range of 5D-17.5D.【期刊名称】《中国安全生产科学技术》【年(卷),期】2017(013)007【总页数】7页(P156-162)【关键词】螺旋侧板;水动力;大涡模拟;阻力系数;升力系数【作者】曲晶瑀;杨晶;孙晓峰;柏明星【作者单位】东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318;东北石油大学石油工程学院,黑龙江大庆163318【正文语种】中文【中图分类】X9370 引言由于近几十年的石油和天然气勘探，陆上和近海油气资源逐渐减少，产量日益下降，对深水(500 m)及超深水(1 500 m)领域油气资源的勘探开发就成为当今世界各国发展的重点，也必将成为我国未来海上石油的“主战场”[1-3]。

Spar平台涡激运动的数值模拟

Spar平台涡激运动的数值模拟单铁兵;李曼【摘要】涡激运动对Spar平台的安全性影响已越来越受到重视.文中采用基于粘性流的CFD方法,对海流作用下Spar平台的涡激运动特性开展研究:确定了Spar 平台涡激运动的数值分析方法、绘制合理的网格,研究Spar平台横荡、纵荡响应以及平台在水平面内的运动轨迹特点,以及平台运动与漩涡脱落之间的关系;揭示了平台涡激运动随时间变化的发展规律,为下一步提出抑制Spar平台涡激运动的措施提供重要思路.该项研究成果将为开展Spar平台三维涡激响应分析提供一定的参考.【期刊名称】《船舶》【年(卷),期】2018(029)004【总页数】8页(P1-8)【关键词】涡激运动;粘性流;横向运动;运动轨迹;漩涡脱落【作者】单铁兵;李曼【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011;中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011【正文语种】中文【中图分类】U661.1引言在一定的来流作用下，深吃水结构物（如Spar平台、半潜式平台）将产生较明显的横向运动，这是由于漩涡沿平台主体的尾流区域交替脱落所引起的特殊水动力现象，称为平台的涡激运动（Vortex induced motion）。

Spar平台漩涡脱落引起的振荡运动容易导致人员疲劳，涡激运动引起的大幅度偏移也将对锚泊系统的定位能力产生不利影响。

此外，长期持续的涡激运动还将缩短锚泊系统和立管系统的疲劳寿命。

因此，在锚泊和立管系统的设计上均应考虑涡激运动的影响。

由于Spar平台复杂的模型和内在机理，针对其涡激运动的研究主要集中在模型试验上。

Finn 等人［1］在 2003 年对 Cell Spar平台进行了一系列拖曳水池模型试验，基于测量出的平台涡激运动结果，确定了较优的减涡侧板外形。

Finnigan等人［2］在2009年开展了超临界Re数的Truss Spar平台涡激运动模型试验，模型仅包含平台的硬舱部分，模拟了6个自由度的运动。

剪切流中Cell-Truss Spar平台涡激运动的CFD计算与模型试验研究

Ｓａ平台良好的运动性能的基础上，进一步改善水动力性能、降低建造难度和成本。பைடு நூலகம்对于目前已存ｐｒ
在并应用的Ｓａ平台，ＣｌＴｕｓｐ平台在结构形式上有其自身的特征，对这种新的Ｓａ平台概念，ｐｒｅｌｒｓａ — Ｓｒｐｒ
研究中充分考虑了这一特征，对其建立适当的ＣＤ计算模型，得到其涡激运动的特征，模拟了锁定现象的Ｆ
发生过程，分析了定现象的发生机理和规律；同时制作了精细的物理模型，测试了一系列的剪切流表面锁
流速，得到了ＣｌＴｕｓＳａ平台涡激运动的一些关键性参数，并成功地观察到了锁定现象的发生。ＣＤｅ１ｒｓｐ．ｒＦ计算与模型试验相互比较，相互验证，最后对该平台涡激运动响应的特征进行了分析和总结，为进一步的涡激运动抑制研究奠定了基础。
剪切流中ＣｌＴｕｓｐｒ台涡激运动的ＣＤ计ｅ．ｒｓＳａ平１Ｆ
算与模型试验研究
王颖，杨建民，李润培，李欣
（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２０３０００）
捅
要
目前，Ｓａ平台在离岸深水作业中得到越来越广泛的应用，作为影响Ｓａ平台在某些来流条件下运动ｐｒｐｒ响应特性的一种重要现象，涡激运动已成为国际海洋工程界亟待研究的一个新课题。本文采用ＣＤ计算与Ｆ
探索和研究的不断深入，很多设计公司和研究机构致力于进一步改善Ｓａ平台的运动性能，改进结构ｐｒ型式，使这一拥有强大竞争力的平台类型得到长足的发展。多柱桁架式Ｓａ平台（ｅ１ｒｓｐ）ｌｐｒＣｌＴｕｓａＩ．Ｓｒ叫

带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟

3 School of Naval Architecture，Ocean and Civil Engineering，Shanghai Jiao Tong University， Shanghai 200240，China
Abstract：［Objectives］Long-lasting Vortex Induced Motion（VIM）may cause the Spar platform mooring system fatigue and even the structure damage. Therefore，the adverse effects of VIM must be fully taken into account. ［Methods］ In this paper，the CFD solver naoe-FOAM-SJTU and dynamic grid method developed by ourselves are used to make numerical simulation of the characteristics of the vortex induced flow field around the Spar platform. The time Delayed Detached-Eddy Simulation （DDES） turbulence model based on shear-transport-stress equation is used to simulate the three-dimensional fine wake vortex structure of the Spar platform with helical strakes. The longitudinal motion，transverse motion and yawing of the Spar platform with helical strakes at different reduced velocities are studied. The platform mooring system is stimulated by using the linear spring system. The research also takes into account the effects that the platform coupling effect at different degrees has on VIM. Then the numerical simulation results are compared with the model test results，to analyze the time history，spectral characteristics and locking of longitudinal and transverse VIM of Spar platform with helical strakes and to reveal the intrinsic mechanism of VIM.［Results］The results show that the helical strakes can effectively reduce the response amplitude of Spar platform' s VIM；the CFD solver naoe-FOAM-SJTU has good accuracy and reliability for the calculation and simulation of the offshore platforms' VIM.［Conclusions］The numerical simulation and analysis of the VIM of Spar platform with helical strakes is of great significance to the practical design of Spar platform. Key words：Spar platform；helical strakes；Vortex Induced Motion （VIM）；Delayed Detached-Eddy Simulation（DDES）

SPAR平台立管系统设计分析

SPAR平台立管系统设计分析SPAR平台是现代海洋工程中常用的一种油气生产平台类型，具有结构简单、施工方便、维护便捷等特点。

SPAR平台采用立管系统进行油气生产，立管系统设计合理与否对平台的运行稳定性和生产效率有着重要影响。

下面将对SPAR平台立管系统的设计进行分析。

SPAR平台立管系统主要包括上行管、下行管、补给管、处理管等若干部分，其中上行管是从井口向生产平台传输原油和天然气的管道，下行管是从处理装置向水下井口传输能源的管道，补给管主要用于向SPAR平台提供水、电等资源，处理管用于对原油和天然气进行处理。

在设计SPAR平台立管系统时，需要考虑以下几个方面。

首先，立管系统的布局应合理。

SPAR平台一般采用单立管或双立管系统，单立管系统适用于水深较浅的情况，双立管系统适用于水深较深的情况。

在选择立管系统布局时，需要考虑到海洋环境、生产工艺、维护保养等因素，保证生产平台的安全和高效运行。

其次，立管系统的材料和工艺应具备耐腐蚀、高强度等特点。

SPAR 平台位于海洋环境中，受到海水、海风、海浪等多种环境因素的影响，因此立管系统的材料必须具备良好的耐腐蚀性能，能够长期在恶劣环境条件下保持稳定运行。

此外，立管系统的工艺应当具备高强度、耐压等特点，以确保管道在运行过程中不发生泄漏或断裂等情况。

再次，立管系统的尺寸和布设应根据实际情况进行合理设计。

立管系统的尺寸应能够满足油气生产的需求，同时保证垂直交错布设，减少系统的阻力损失，提高油气的产量和生产效率。

此外，立管系统的布设应符合安全规范，避免管线之间的相互干扰，确保生产平台的安全运行。

最后，立管系统的监测和维护应及时有效。

SPAR平台立管系统在运行过程中可能会受到海洋环境、腐蚀、水合物等因素的影响，因此需要进行定期检查和维护，及时发现和解决问题，确保立管系统的稳定运行。

此外，还需要配备相应的监测设备，对立管系统进行实时监测，及时应对突发情况，保证生产平台的安全性和可靠性。

螺旋列板绕流流场CFD分析

弱，因此本文采用ＰｏＥｒ／软件建立螺旋列板几何模型，然后导入ＧＡＩＭＢＴ，进行螺旋列板外部流场网格划分和流场区域设置，输出网格文件至ＦＵＥＴ求解器，选择相关模型和求解器进行流场的分析计算。ＬＮ
１大涡模拟原理
１１湍流模拟基本方法．
图１螺旋列板
收稿日期：２０．２２；修改稿收稿日期：２１－１４０８１．９０００．０基金项目：国家高技术研究发展计划（６）课题（８３课题编号：２０Ａ０Ａ１６０６Ｐ９０）
５卷１
第１（第１９期）期总８
盛磊样，：螺旋列板绕流流场ＣＤ分析等Ｆ
湍流数值模拟主要包括直接数值模拟和非直接数值模拟。直接数值模拟是指直接求解瞬时湍流控制方程，非直接数值模拟则不直接计算湍流的脉动特征，而是对湍流进行近似或简化处理。非直接数
值模拟又分为大涡模拟和雷诺平均法。工程上一般采用雷诺平均法或大涡模拟进行数值分析。雷诺平均法对于无分离流动，如自由剪切流和壁面剪切流都可以取得满意的效果。对于复杂流动，如发生边界层或边界不规则，则雷诺平均法效果不佳。大涡模拟摈弃了流体各向同性的假设，与雷诺平均法相比，精度较高，且比直接数值模拟的计算资源要求低。随着计算机硬件条件的提高，大涡模拟的应用越来越多【刚５，进一步验证了方法的准确性。ｃａｌｒｕｒ＇ＭｉｅＢｅｅ用大涡模拟的方法，对孤立圆柱进行了三维ｈ数值模拟，算曳力系数和斯特劳哈数，对比试验结果表明，大涡模拟与实验结果吻合较好【；Ｐｎａａ计７ｏｔＪｚＪａ采用大涡模拟方法对圆柱涡激振动问题进行了三维数值计算，得到的升力和曳力与Ａｈｎａｈ１ｕｎｃｅｂｃ￣］Ｓｈｗｅｃｅ等人的计算结果类似【。姚熊亮利用ＣＸ软件，对孤立圆柱体尾流漩涡特征进行了大涡模拟，８】Ｆ成功描述了漩涡泄放的三维特征，描述了三维特征对漩涡泄放频率的影响【。９】１大涡模拟基本方程．２

基于正交设计和CFD模拟的Spar平台螺旋侧板水动力优化设计研究

ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒａｎｇｅ；ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｖａｒｉａｎｃｅ；ＶＩＭ（ｖｏｒｔｅｘ－ｉｎｄｕｃｅｄｍｏｔｉｏｎ）
１引言
随着陆地和近海大陆架石油资源的逐步枯竭，深水石油与天然气资源的开发已成为常规能源攫取的重点。Ｓｐａｒ平台是一种浮式结构物，比传统的固定式平台更能适应深水海洋工程的需求。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｏｒ．
ｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅ．ＡｍｅｔｈｏｄｏｆｏｐｔｉｍａｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃａｌｓｔｒａｋｅｏｎＳｐａｒｐｌａｔｆｏｒｍ；ｏｒｔｈｏｇｏｎｌａｄｅｓｉｇｎ；ｎｕｍｅｉｒｃｌａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；
ｒａｎｇｅ’ａｎｄ ‘ ａｎｌｙａｓｉｓｏｆｖａｉａｒｎｃｅ’ｍｅｔｈｏｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅＶＩＭｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ

Spar平台涡激运动关键特性研究的开题报告

Spar平台涡激运动关键特性研究的开题报告一、研究背景与意义现代社会科技不断进步，飞速发展，人类对于物质、能量管理要求越来越高，而在能量的转换领域，涡激运动是一种重要的现象。

Spar平台作为一种具有高强度、轻质化应用的结构，广泛应用于海洋平台建设中，涡激运动的特性对于其抗风、抗波和牢固程度有着很大的影响。

本文通过对Spar平台涡激运动关键特性进行深入研究，旨在探究其涡激现象的本质及其对于平台抗风、抗波性能的影响机理，提出相应的解决方案，为Spar平台的设计和施工提供理论基础和实际指导意义。

二、研究内容与方法本文将以Spar平台涡激运动的关键特性作为研究对象，重点研究其涡激流场特性以及涡激运动对平台内应力、刚度等机械性质的影响。

研究方法上将采用数值模拟和实验验证相结合的方法。

首先，利用CFD（Computational Fluid Dynamics）软件对平台周围的海洋环境、平台结构等进行建模，并通过数值模拟的方式模拟Spar平台涡激现象的发生和传播过程，并分析分离区的形态和位置。

在此基础上，对涡激运动对平台内应力、刚度等机械性质的影响进行分析。

在实验方面，将利用建立的涡激流场模型进行实验设计，利用水槽等设备对模型进行试验，以验证数值模拟的准确性和可行性。

三、预期结果与意义本文综合运用数值模拟和实验验证相结合的方法，系统研究Spar平台涡激运动关键特性，重点探究其涡激流场特性，提出相应的解决方案，具体预期结果包括：1.建立Spar平台涡激流场模型，分析涡激现象的发生及传播机理。

2.研究涡激运动对平台内应力、刚度等机械性质的影响。

3.提出优化设计方案，降低Spar平台涡激现象的发生和对平台的影响。

此外，本文的研究结果对于促进Spar平台的技术改进和优化将具有重要的意义，为固定式海洋平台领域的技术研发和应用推广提供有益的借鉴和参考。

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析

Spar型海上浮式风机系泊系统的动力学分析张大朋;朱克强【摘要】Based on the 5 MV wind turbine of a certain renewable energy institute in America and reference to the characteristics of the wind turbine tower,the model of a floating offshore wind turbine Spar platform mooring system was established by OrcaFlex.By calculating the load of different wind speed conditions on the wind turbine,the hydrodynamic analysis of the wind turbine mooring system was researched and the mooring tension of the mooring system was analyzed in different load conditions.With the change of different fairlead position and different layout of the fairleads,the optimization design of the mooring system has been given.%以美国某可再生能源所的海上5MW风机为模型,综合风机塔柱的特点,利用OrcaFlex建立了一种Spar型海上风机简化模型.通过对风机平台的不同风速工况环境载荷的计算,实现了对该风机系泊系统的水动力学分析,对比并分析了不同工况下风机锚泊系统系泊张力的变化.结合改变锚链上不同导缆孔的位置和布置形式,为海上风机浮式基础系泊系统的设计及优化提供依据.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2017(038)004【总页数】7页(P398-404)【关键词】Spar型海上风机;OrcaFlex;动力学分析;系泊张力【作者】张大朋;朱克强【作者单位】宁波大学海运学院,宁波315211;宁波大学海运学院,宁波315211【正文语种】中文【中图分类】TV131.2目前在世界范围内的浅海型风机的适用水深基本在30 m左右[1-2]。

内置集成浮力罐的几何形Spar平台运动性能数值模拟

内置集成浮力罐的几何形Spar平台运动性能数值模拟
王颖;杨建民;肖龙飞;胡志强
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2008(42)6
【摘要】对一种新的深海单柱式平台——内置集成浮力罐的几何形
Spar(Geometric Spar,G-Spar)的运动性能进行了数值计算研究,并与模型试验结果进行了比较.G-Spar平台结构复杂,探索性地建立了简化的三维水动力数值模型,对包括系泊缆和立管在内的耦合系统进行了运动响应传递函数(RAO)的频域分析和极端海况下的时域分析.研究表明,运动响应传递函数及极端海况下运动时历的计算结果和试验结果基本一致,G-Spar平台具有良好的运动性能,垂荡板对降低G-Spar 平台的垂向运动起到了关键性的作用.
【总页数】5页(P924-928)
【关键词】Spar平台;集成浮力罐;运动;数值模拟
【作者】王颖;杨建民;肖龙飞;胡志强
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.7
【相关文献】
1.Spar平台涡激运动的数值模拟 [J], 单铁兵;李曼
2.带螺旋侧板的Spar平台涡激运动数值模拟 [J], 何佳伟; 赵伟文; 万德成
3.一种新型深海海洋平台——几何形Spar和集成浮力桶的试验研究 [J], 杨建民;张火明;肖龙飞;彭涛
4.Spar平台浮力罐碰撞疲劳分析 [J], 许靖;王德禹
5.Spar平台与刚性立管及浮力罐耦合动力研究综述 [J], 王颖;杨建民;肖龙飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

二维立管Helical Strakes绕流场的ANSYS-CFD分析

二维立管Helical Strakes绕流场的ANSYS-CFD分析苑健康;黄维平【摘要】利用ANSYS-CFD软件模拟螺旋侧板(helical strakes)对立管涡激振动的抑制作用.对二维的光滑立管和覆盖两种不同螺旋侧板高程的立管,在不同的雷诺数下进行模拟分析,将得到拖曳力和升力结果与数值和实验结果进行对比表明,螺旋侧板可以影响拖曳力和升力的变化,扰乱流场,很好地抑制漩涡的产生.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2010(039)004【总页数】5页(P151-155)【关键词】海洋立管;涡激振动;螺旋侧板;拖曳力系数;升力系数;ANSYS-CFD【作者】苑健康;黄维平【作者单位】中国海洋大学,工程学院,山东,青岛,266100;中国海洋大学,工程学院,山东,青岛,266100【正文语种】中文【中图分类】U674.37海洋立管所承受的海洋环境荷载主要有风、浪、流、冰和地震荷载等，其中波浪和海流荷载是最重要的海洋荷载，受水流作用下立管有可能产生涡激振动，并在一定范围的雷诺数内出现脱落旋涡，使立管在与水流垂直的方向发生周期性的振动。

由于立管的相对构造比较特殊，很容易发生涡激振动，易造成立管的疲劳损坏。

因而对海洋立管的涡激振动的研究特别受到重视。

为了减小涡激振动的危害，人们研制各种涡激抑制装置，有螺旋侧板(Helical Strakes)，屏蔽装置(Shroud)，减振器(Fairings)及导流板(Splitter Plate)等。

其中螺旋侧板是第一代抑振技术的产物，其外形如同螺栓的螺纹，包裹在立管的周围，见图1。

它可以缩短流速的相对长度，使立管的振动得到减弱。

且螺旋列板对海流方向不敏感，即海流方向的变化不会对其抑制效果产生影响。

因而螺旋侧板是现场最常用的抑制涡激振动的装置。

对于螺旋侧板的分析，国内外很多专家主要通过实验方法研究螺旋侧板的主要性能[1-3]。

在目前现役的螺旋侧板中，采用的导板类型主要有3片式和4片式，而3片或者4片的螺旋侧板对立管的影响的差别不大[4]，为减小计算量，针对覆盖3片的螺旋侧板的海洋立管进行模拟分析。