FPSO运动实测数据统计研究——“南海奋进号”FPSO实船测量研究Ⅰ

由于海洋平台现场实测受到种种客观和主观因素的制约,国内外相关研究很少.“南海奋进号”FPSO开展了长达25个月的实测试验,测量了FPSO六个自由度的运动.对该FPSO在2008年和2009年的运动数据进行统计分析,总结了“南海奋进号”FPSO在这两年不同季节中的运动规律,弥补了中国在海洋工程浮式结构物的运动及载荷实地测量技术方面的空白.     

海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法

由若干独立摇板组成的多单元造波机已经成为实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备.介绍海洋深水池双边多单元造波机及其模拟波浪的方法,通过物理试验对所模拟的长峰规则波、不规则波和三维短峰波进行初步的试验研究.模拟波浪的时域和频域分析结果表明利用双边多单元造波机能够生成良好的长峰波浪和三维短峰波浪,所模拟的波浪能够满足海洋工程试验的要求.     

宽带波浪载荷下海洋结构物内应力范围及疲劳损伤分析

研究短期海况中海洋结构物在宽带波浪载荷作用下交变应力过程中的应力范围的概率分布及结构疲劳损伤问题.首先从应力的功率谱密度出发,利用小波变换作为工具,对应力过程进行模拟.然后用雨流计数法识别出应力过程中对结构造成疲劳损伤的应力范围,并用Weibull分布对应力范围的分布进行了拟合;最后给出了应力范围服从Weibull分布时结构疲劳损伤的计算方法.     

ERA5风场与NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性对比研究

全球再分析数据集已成为研究气候规律和数值模拟的重要工具,其中海面风场数据集是波浪模拟的重要资料,风场资料的准确性是影响海浪要素模拟结果的关键因素,不同的海面风场资料在中国各个海域的适用性具有不确定性。利用黄海、东海海域的12个观测点,选取了2006—2018年间的11场台风进行对比,验证了ERA5和NCEP风场在台风期间与常海况下的风速;模拟了中国近海海域的波浪场,与范围内15个测站的有效波高及谱峰周期进行了对比验证;分析了ERA5和NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性。主要结果如下:(1)风场质量是造成台风浪模拟误差的主要原因之一,研究区域内ERA5风场在台风期间的风速大小与实测资料具有较高一致性;长江口邻近海域内,ERA5风速相关性在0.8以上;江苏海域内,ERA5风速相关性在0.9以上;(2)分别采用ERA5和NCEP再分析风场资料作为驱动风场输入Mike21 SW模型,较好地模拟了黄海、东海海域在不同海况下的波浪变化情况;在江苏海域,ERA5资料模拟波高值与浮标测站观测波高资料相关性超过0.85,平均绝对误差不超过0.2 m;(3)两种风场在江苏海域、长江口及其邻海的适用性比黄海北部更好。结果表明,NCEP和ERA5在中国近海海域波浪模拟的适用性有差异,在江苏海域、长江口及其邻海,基于ERA5的数值模拟结果相对于NCEP模拟结果精度提高。     

Betty(8710)台风过程风、浪数值模拟

本文利用LACFD-WIN动力风场模式和LACFD-NWM第三代海浪模式对南海Betty(8710)台风过程进行了数值后报,取得了较为理想的结果,验证了上述风、浪模式的先进性和对强海况过程数值模拟的可靠性,同时提出了改进波浪模式中风输入源函数,引入阵风因子和波龄因子的设想。为南海区域性海洋学研究奠定了初步基础,也为海洋工程设计提供了技术保障。     

双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器（PTO）的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。     

强迫摇荡运动三维球体水动力系数的CFD计算

采用计算流体力学(CFD)的雷诺平均法(RANS方法),并考虑了自由表面的影响(采用VOF方法模拟自由表面),来模拟三维球体的单自由度强迫摇荡运动,得到纵荡、升沉及横摇的附加质量与阻尼系数。该数值模拟结果与三维势流理论计算的结果进行比较,趋势基本一致,但CFD方法更能凸显粘性的作用。本文所应用方法能合理给出浮式结构物的水动力系数,更精确描述海洋浮式结构物周围的流场,可应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

双边多单元造波机造波性能分析

由若干独立摇板组成的多单元造波机是实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备。由于单元摇板宽度和波浪周期对斜向波浪模拟方向角的限制、斜向波浪模拟引起的杂波和三维短峰波浪模拟的有效实验区范围等,是影响多单元造波机波浪模拟质量的关键问题。通过对海洋深水池双边多单元造波机性能的分析,获得了波向角与规则波浪周期的关系,避免杂波产生的波浪周期范围和三维短峰波浪有效实验区的范围。分析结果对于海洋深水池高质量模拟波浪并为海洋工程结构物模型试验提供良好的波浪环境条件具有重要意义。     

冰脊形成过程的离散元模拟及影响因素分析

冰脊对极地船舶及海洋工程结构的冰载荷设计及冰区安全运行具有重要的影响,其几何形态是重要的考虑因素。为研究冰脊的几何形态,本文基于Voronoi切割算法构造扩展多面体海冰单元,并使其相互冻结形成平整冰;采用离散单元法模拟海冰在相对运动时挤压形成冰脊的动力过程,统计分析脊帆高度、龙骨宽度、龙骨深度、龙骨水平倾角等主要几何参数,并确定这些几何参数间的对应关系。将离散元模拟结果同冰脊现场观测资料对比分析以验证扩展多面体离散元方法模拟冰脊形成过程的可行性。在此基础上讨论冰厚、冰速、海冰强度等因素对冰脊形态的影响。本文采用离散元方法对冰脊形成过程及几何特性的数值分析可为深入开展冰脊的形成机理及其对船舶、海洋工程结构物的冰载荷分析提供参考依据。     

考虑流固耦合的桁架式近海结构物波浪载荷及动力分析

以由不同直径、杆件方向和长度的圆柱形水下杆件构成的桁架式近海结构物为对象,提出了考虑流固耦合的结构物波浪栽荷和动力响应的数值分析方法:首先逐一计算组成桁架式结构的每一杆件的渡浪力,然后对这些单一杆件的波浪力进行叠加来得到结构物的整体渡浪载荷.同时利用时域分析方法求解结构物的动力响应.算例表明:与考虑流固耦合情况下的平台波浪载荷和动力响应计算结果对比,忽略辅助杆件响应贡献的计算结果与之存在较大差异;不考虑流固耦舍情况下的计算结果在结构物的固有周期附近与之差异较大,在远离固有周期的区间则差剐不大.对平台进行分析时有必要记入辅助杆件的响应贡献.并且考虑流固耦合的影响.     

基于风洞试验的FPSO风载荷特性研究

当FPSO服役于目标油田时,将受到风浪流的作用力。其中,风力给FPSO一个恒定的静力,使其偏离原来的位置。风力计算在FPSO系泊系统的分析过程中是非常重要的。设计人员常常参考OCIMF进行风力计算,或者参考API规范得出。OCIMF为针对油轮的计算规范,但使用OCIMF计算FPSO风力及流力的方法,与FPSO的适应性仍需要进一步论证。API规范针对海上浮式系统,其计算风流力的方法使用也非常广泛,其原理为将FPSO上部各个模块风力叠加得出。以FPSO风载荷为研究对象,开展了风洞模型试验,获得了典型FPSO风载荷特性曲线,并将试验结果分别与OCIMF结果和API规范计算结果进行对比分析,最终给出FPSO风力计算方法的建议。本数据可用于FPSO的风力计算,也可为FPSO运动、系泊的设计研究提供参考。     

海上风电场基础结构设计综述

针对我国海上风电场开发建设的现状和发展趋势,结合海上风电场基础结构设计研发现状和存在的问题,探讨海上风电场基础结构设计的关键问题——设计理念、设计方法和设计标准等,分析海上风电场基础结构的结构、荷载和服役特点,分析海上风电场基础结构与水工结构和海洋石油平台设计的异同。并根据海上风电和海洋石油的行业特点,分析API规范和DNV规范对于海上风电场基础结构设计的适用性,阐述了海上风电场基础结构设计的特殊性、荷载取值和参考标准等问题。基于我国海洋工程技术发展水平和海上风电产业的发展趋势,提出发展适合我国国情的海上风电场基础结构型式及设计,指出我国海上风电产业发展应注意和避免发生的问题。     

Heat flow analysis of an FPSO topside model with wind effect taken into account: A wind-tunnel test and CFD simulation

The aim of this paper is to study the feasibility of a computational fluid dynamics (CFD) method to examine the effect of wind on the thermal-diffusion characteristics of floating production storage and offloading (FSPO) topside models subject to fire. It is motivated by the need to identify the fire loads on FPSO topsides, taking into account the effects of wind speed and direction as well as the effects of geometry of the FPSO topsides. The results of a wind-tunnel test and CFD simulation undertaken for these purposes on a 1/14-scale FPSO topside model of a VLCC class FPSO unit are reported here. In the wind-tunnel test, the locations of the heat source of the fire are varied, as are the speed and direction of the wind, and the temperature distribution is measured. CFD simulations, using the ANSYS CFX (2009) program, were performed on the test model, with the results compared with the experimental results. It is concluded that wind has a significant effect on the thermal-diffusion characteristics of the test model and that the CFD simulations are in good agreement with the experimental results. The insights developed in this study will be very useful for the fire engineering of FPSO topsides.     

国内外海上风电机组基础结构设计标准浅析

对国内外海上风电机组基础结构设计规范和相关标准进行了对比研究,结合我国海上风电机组基础结构设计开发中遇到的问题,论述海上风电机组基础结构设计中关于安全理念和设计荷载的设计方法和标准;分析对比各国规范对海上风电机组基础结构设计的推荐做法,剖析各国规范的设计理念和方法;比较海上风电机组基础结构与海洋石油平台在设计理念和设计标准方面的异同,并根据海上风电和海洋油气的行业特点,分析海上风电机组基础结构设计规范和海洋石油平台设计规范对于海上风电机组基础结构设计的适用性。在此基础上,基于我国海洋工程技术和海上风电产业的发展水平,提出发展我国海上风电机组基础结构的设计建议,指出我国海上风电开发中应注意和避免发生的问题。     

海上风力发电结构动力研究进展

海上风力发电场的建设正在向大型化和规模化发展,以海上风力发电结构的动力响应特性研究为出发点,分别从荷载组合模型、结构耦合和耗能减震措施等几个方面展开,总结了国内外目前对海上风力发电结构进行动力研究的现状,并对未来有待于进一步研究的问题进行介绍.旨在提高海上风力发电结构的设计理论,增强其抵抗灾害性破坏的能力.     

海上风电基础结构研究现状及发展趋势

对国外海上风电机组基础结构的研究与工程应用现状进行了较为详尽地分析,重点对我国海上风电场开发建设有借鉴意义的重力式结构、单桩结构、三角架结构和导管架结构进行了分析论述.基于我国海洋工程技术水平和海上风电产业发展的动态,分析发展适合我国国情的海上风电机组基础结构的可行性及必要性,提出我国海上风电产业发展所面临的挑战.     

基于模糊理论的FPSO海上连接作业效能评价方法研究

海上油田浮式生产储油脚油装置是集油气水处理、储存、外输于一体的大型海上设施,其海上连接作业受到气象、海况等不确定因素影响,施工前要做详细的施工方案设计,因此准确评价作业效能具有非常重要的意义.由于海洋油气开发工程具有单一性,其效能值无法根据以往施工经验来估计,而且也不能够通过实验方法获得.论文基于模糊理论和组合赋权方法,尝试用模糊评价的方法估算作业效能,构造FPSO海上连接作业效能评价体系,并以一实例验证了该方法的可行性、合理性.     

A Crashworthy Device Against Ship-OWT Collision and Its Protection Effects on the Tower of Offshore Wind Farms

At present,more and more offshore wind farms have been built and numerous projects are on the drawing tables.Therefore,the study on the safety of collision between ships and offshore wind turbines (OWT) is of great practical significance.The present study takes the advantage of the famous LS-DYNA explicit code to simulate the dynamic process of the collision between a typical 3MW offshore wind turbine model with monopile foundation and a simplified 2000t-class ship model.In the simulation,the added mass eff...     

冰区海上风机支撑结构疲劳评估方法研究

采用谱分析的方法,对冰区作业的海上风机支撑结构进行疲劳损伤评估。基于风冰散布图,将海上风机所受的风载荷和连续挤压冰载荷作为系统输入,热点应力作为输出,运用随机振动理论与主应力线性化方法,对冰区海上风机支撑结构进行疲劳评估。以某2 MV海上风机支撑结构为计算实例,验证频域疲劳评估方法的准确性。频域方法与时域方法计算结果吻合较好,证明了频域方法的快速有效,可用于快速评估风机支撑结构的疲劳损伤。