荔湾3-1组块浮托安装实船监测与数值模拟

目前海洋平台日趋集成化、模块化,重量和体积都逐渐增大,使得适合安装大型组块的浮托安装法得到飞速发展。介绍荔湾3-1大型导管架平台浮托安装中使用的实测技术,对驳船的运动监测和海洋环境监测等测量数据进行分析,分析结果被应用于指导整个浮托安装过程,保证浮托安装符合安全施工标准。对浮托安装载荷转移阶段采用数值计算方法进行作业过程模拟,将计算结果与实测结果进行对比分析,两者具有较好的相似性。     

新型干树半潜式海洋平台垂荡运动性能研究

在深海油气田开发中,干式采油树比湿式采油树具有更多优势。为减小半潜平台的垂荡运动,使其能够采用干式采油树,对一种深吃水且具有大面积下浮箱的新型半潜平台的运动性能进行了探究。基于势流理论,采用频域和时域相结合的分析方法,计算了平台在多种海况下的运动响应,为新型平台的运动分析和设计提供指导。同时,开展了水池模型试验,将计算结果与试验结果相比较,验证了数值模拟结果的准确性。为进一步探究新型平台的运动性能,研究了下浮箱放置深度对平台运动性能的影响,并进行相应的模型试验。研究表明:下浮箱的存在可大幅改善新型干树半潜平台的垂荡运动性能。综合考虑平台运动性能和工程实际应用条件,确定了最合适的下浮箱放置深度值。     

一种新型Semi-Spar式海上风机平台系泊系统优化分析

参考英国的Kincardine风机采用的新式的Semi-Spar概念,结合spar式基础和半潜式基础的特点,提出了一种新式海上浮式风机平台模型,并基于三维势流理论,利用AQWA软件进行水动力计算,验证新式平台可靠性。分析了在风、浪、流荷载联合作用下,锚链竖向夹角、系缆数量对风机浮式平台运动性能和系泊张力的影响,对系泊系统进行优化,并验证极端工况下的可靠性。结果证明风机平台水平运动和纵摇运动幅值较小,但垂荡幅值略大,而通过减小锚链竖向夹角可以控制平台运动响应幅值,增加系缆数量可以同时减小系泊张力大小。计算结果证明了新型Semi-Spar式海上风机平台可行性,为浮式风机平台及系泊系统的设计提供参考。     

两层流体中内波作用下Spar平台运动响应

研究两层流体中Spar平台在内波作用下的运动响应问题。在线性势流理论框架,提出在内波作用下Spar平台运动响应及分段式悬链线系泊张力特性的计算方法。数值分析两层流体内界面位置、入射内波的波长以及系泊索初始预张力对Spar平台运动响应及其系泊索张力特性的影响规律,结果表明内波对Spar平台纵摇运动响应的影响是小的,但对Spar平台纵荡与垂荡运动响应及其系泊索张力的影响是不可忽视的。因此,在Spar平台的设计中,考虑内波的影响是重要的。     

大直径浮式结构涡激振动的数值模拟

通过数值模拟的方法研究Spar平台两自由度涡激运动,建立考虑流固耦合时Spar平台涡激运动时域数值模型,采用Matlab软件编程计算了Spar平台在不同流速下的两自由度涡激运动响应,并比较了Spar平台涡激运动时非线性阻尼对于结构的影响。通过对数值模型模拟结果的比较发现,非线性阻尼能降低Spar平台两向涡激运动响应的计算结果,尤其是当平台发生共振时,这个影响更为显著。     

半潜式平台垂向运动低频响应特性

对半潜式平台垂向运动性能(包括垂荡、横摇和纵摇)进行数值计算分析。与模型试验结果的比较表明,对于半潜式平台这类由柱体组成的结构物进行水动力数值预报,忽略粘性力作用会使得低频运动响应计算结果产生偏差,需要应用三维势流理论和Morison公式相结合的方法。横摇和纵摇运动固有频率均低于波浪频率,在波浪慢漂力作用下会出现显著低频运动响应。垂荡运动是否出现低频响应则与所处海况联系紧密。     

立柱直径比对四立柱平台涡激运动性能影响的数值研究

与单立柱平台(Spar)类似,四立柱平台在洋流作用下也容易发生涡激运动,对锚泊和立管系统的疲劳寿命产生不利影响。一种非对称半潜式平台具有两种不同尺寸的立柱,立柱直径比对非对称平台涡激运动性能的影响尚需深入研究。采用计算流体力学(CFD)方法,对直径比分别为1.0、1.5和2.0的立柱组合在两种不同角度水流作用下的运动响应进行了二维数值模拟,分析发现:立柱直径比不为1时四立柱平台也具有明显的涡激运动,其横荡运动具有显著的锁定现象;在广义折合速度定义下,与相同直径的四立柱平台相比,立柱直径比不为1时其横荡运动锁定区间变宽且滞后,横荡响应幅值的峰值具有明显差异;在所研究的直径比范围内,大直径立柱在上游时涡激运动响应比其在下游时更显著,且这种差异随着直径比变大而变大。     

系泊模式对深水Spar平台运动性能的影响

在频域和时域内研究对等分布式系泊和分组式系泊2种系泊模式对Spar平台运动性能的影响,并分析单根系泊缆破断失效后平台运动性能的变化。首先建立Spar平台的三维水动力模型,通过在平台柱体导缆孔处指定预张力、倾角和刚度来模拟系泊系统的影响;然后采用三维势流理论进行浮体水动力计算,获得Spar平台运动响应的传递函数等水动力参数;最后根据实际海况资料,在平台生存工况下,进行Spar平台在完好系泊和单根系泊缆破断失效状态下运动响应的短期预报,并在时域内进行耦合分析,研究平台运动响应和系泊缆张力变化情况。研究结果对Spar平台系泊系统设计和平台设计前期运动性能研究有参考意义。     

Spar风电平台涡激运动特性研究

本文研究了无侧板单立柱Spar风电平台在不同约化速度(Ur)下的涡激运动特征.基于计算流体动力学进行数值模拟,采用剪应力运输(Shear Stress Transport,SST)k-ω湍流模型模拟漩涡脱落,通过自编动力积分程序和重叠网格实现涡激运动的实时流固耦合,对Ur为2～14时的平台涡激运动响应进行计算,分析涡激...     

一种新型双体无人监测船风力作用下的运动特性变化预报研究

小型双体无人监测船运行平稳,甲板尺寸大,吃水浅,在水环境监测、工程测量、巡逻跟踪、水产养殖等领域具有广阔的发展与应用前景。但该类船风阻大,水动力复杂,运动特性在风力作用下变化明显。本文对双体无人监测船的风作用力进行了分析,将风作用项引入其动力学模型。利用该模型,对其主要运动特性进行了仿真预报。仿真结果与现场实测数据具有良好的一致性。该研究结果可以为新型双体无人监测船运动控制算法在不同风作用环境下的适应性调整提供依据,从而提高其海上作业能力与控制精度。     

“南海挑战号”半潜式平台原型测量系统

深水海洋平台的现场原型监测是对其最直接的研究方法和安全保障措施,是我国深水油气开发研究中的必要技术。为了改变我国缺乏南海半潜式浮体实测经验的现状,为半潜式浮体设计与安全保障提供实测数据支持,在南海LH11-1油田"南海挑战号"半潜式平台上进行了台风期的原型测量工作。原型测量工作采用针对南海浮式平台应用所研发的原型测量系统,对平台工作海域的环境参数、平台姿态以及水下系泊和立管系统进行了监测,获得了跨台风期中大量的实测数据,最终对所获得的数据进行了初步的分析。分析结果显示原型测量系统在海洋平台上使用具有很高的稳定性,捕获了台风期中所有过境平台的台风数据,获得的数据能够为平台性能评价和新平台设计提供第一手资料。     

Disputed South China Sea hydrocarbons in perspective

Maritime and territorial disputes have been a source of tension among the states bordering the South China Sea for decades. These disputes are often framed as being at least partially driven by the desire to gain access to much needed seabed hydrocarbon resources. Suggestions that major oil and gas riches are at stake in the South China Sea have arguably encouraged States to be inflexible in their claims and negatively impacted on bilateral relations. Indeed, controversial incidents relating to hydrocarbon exploration have occurred on multiple occasions, and as recently as mid-2011.This paper critically examines the South China Sea ‘hydrocarbon factor’. The wide range of estimates that circulate in the public domain are discussed in detail. Using a hypothetical and optimistic estimate of disputed oil and gas reserves based on the best possible interpretation of available data, depletion and production curve analysis is applied to determine the production profile of disputed reserves, and an evaluation of their potential benefit to energy security for each country with claims in the South China Sea is made. Analysis shows that constraints on production mean that disputed South China Sea oil and gas may only constitute a small part of the solution to Southeast Asia's growing energy security challenges, and does not have the capacity to reverse the trend of growing reliance on imports to the region. Escalating demand for imported hydrocarbons would instead reinforce the importance of sea-lane security to regional energy security.     

小尺度海底沉积物的声衰减特性研究

为研究小尺度海底沉积物样品的声衰减特性,作者提出了用声学探针测量海底沉积物声波幅值的新方法,对沉积物样品扰动小,两个测量点的距离可小于波长,为海底沉积物微观声衰减测量提供了新手段。作者用小于波长的间隔逐点测量了沉积物的压缩波幅值,数据分析表明沿沉积物柱状样全长的声衰减满足指数衰减模型。目前主要用同轴差距衰减测量法获得海底沉积物声衰减数据,但该方法不能辨识声衰减模型,因此不同海区的测量结果难以建立联系。对此作者又提出用声吸收系数反演的幅值比与声衰减系数反演的R值(两种幅值比的比值)作评价依据,分析了垂直轴差距衰减测量法获得的南海海底沉积物声衰减测量数据,发现部分沉积物样品声衰减的R值远大于1,其声衰减不满足指数衰减模型。在声衰减满足指数衰减模型的条件下,用Hamilton的声衰减和频率经验公式预报的南海沉积物声衰减比与作者用声学探针测量海底沉积物所得的声衰减比对比,通过对R值分析得出Hamilton的声衰减和频率经验公式可以预报南海沉积物声衰减比的范围。作者提出的声学探针测量海底沉积物声衰减的方法的优点是既能获得声衰减数据又能辨识声衰减模型,不同海区测量的沉积物声衰减比可用R值建立联系。     

Experimental study of the ballast in situ sediment acoustic measurement system in South China Sea

The mechanical structure, the function modules, the working principles, and a sea trial of the newly developed ballast in situ sediment acoustic measurement system are reported in this study. The system relies on its own weight to insert transducers into seafloor sediments and can accurately measure the penetration depth using a specially designed mechanism. The system comprises of an underwater position monitoring and working status judgment module and has two operation modes: self-contained measurement and real-time visualization. The designed maximum working water depth of the system is 3,000?m, and the maximum measured depth of seafloor sediment is 0.8?m. The system has one transmitting transducer with the transmitting frequency band of 20–35?kHz and three receiving transducers. The in situ acoustic measurement system was tested at 15 stations in the northern South China Sea, and repeated measurements in seawater demonstrated good working performance. Comparison with predictions from empirical equations indicated that the measured speed of sound and attenuation fell within the predicted range and that the in situ measured data were reliable.     

南海海盆海山古地磁及海盆的形成演化

根据海山磁性反演获取的古地磁成果发现,南海海盆东部和西南部的运动形式、生成时代存在很大差异,东部海盆和西南部海盆之间由一条北北西走向的岩石圈压性左旋转换(性)断层——"南海海盆中央断裂"分界.结合已有的地质地球物理成果分析和论证,确定了南海海盆在古南海和与之接壤的华南地块南部边缘形成.南海海盆的形成演化分四个阶段:第一阶段,始新世"古南海断裂"产生,古南海被一分为二;第二阶段,渐新世东部海盆开始发育——扩裂;第三阶段,中中新世西南部海盆开始发育——张裂;第四阶段,南海海盆整体旋转,古南海圈闭.     

基于CORA2再分析数据的南海中尺度涡时空分布特征初步研究

利用南海20 a逐日海流再分析资料对南海海域中尺度涡进行时空特征分析。经过数据处理、涡漩识别、统计分析等方法,对南海海域中尺度涡空间分布、时间分布、生命周期、空间尺度、移动路径、移动速度、影响频率等特征进行分析,对南海中尺度涡进行全面详细的解读。研究发现:涡旋出现位置跟南海200 m等深线较一致。大部分涡旋周期都集中在30 d以内,直径大都在100~300 km,主要向西南方向移动,速率在15~20 cm/s的涡旋比例最高。反气旋式中尺度涡影响频率要大于气旋式中尺度涡的影响频率,主要影响区域大致在200 m等深线以内海域。     

南海及邻近海区科学数据中心资源建设初探

南海及邻近海区科学数据中心是国家地球系统科学数据中心的分中心, 其目标是通过联合热带海洋生物资源与生态、热带海洋环境动力领域和边缘海与大洋地质研究领域的优势力量, 建成具有南海特色的海洋科学数据资源共享服务平台, 促进海洋科学数据资源的开放共享与高效利用。南海及邻近海区科学数据中心资源在建设和实践过程中, 整合和共享了1985年以来南海水文、气象、生态、地质等多学科、多要素、多尺度的海洋科学数据资源, 一方面为南海海洋学各学科的科技创新提供精确、完整和可靠的海洋科学数据资源, 增强我国海洋科技创新能力; 另一方面为国家重大战略需求、海洋经济社会发展和相关决策活动提供数据基础支撑。     

中国近海现场海洋观测系统设计评估

中国科学院正在发展一个在中国近海(包括黄海、东海和南海)现场海洋观测系统。观测系统包括3个沿岸观测站点、4个近海离岸浮标和由观测船只按固定航线做的船舶观测断面。观测站点、浮标和断面的位置已经预先确定,这个计划在2008-2011实施。利用基于卡尔曼理论的样本集合方法对这样一个能够监测大尺度的季节和年季变率的观测系统设计进行了评估。根据卡尔曼滤波理论,用集合样本的方法能够给出经过同化这个观测系统位置的观测资料后能够减少多少分析误差和分析场的不确定性。用2个来自不同模式、不同分辨率的模式的结果作为集合样本来计算静态的背景误差协方差,这2套样本分别是来自分辨率是0.5°×0.5°的模式同化结果和高分辨0.125°×0.125°的模式结果。由这2个不同资料得到的结果是一致的。发现来自3个近岸和4个离岸浮标得到的观测能够有效地减少SST在渤海、黄海、东海和南海中部的分析误差。然而在越南东部和台湾东部海域,分析误差减少的百分比相对要小。最后,给出了中国近海最优的观测位置序列设计。     

南海表层水温甚低频振荡的动力学机制

用一个简单的海洋模式，研究了东亚季风异常对南海表层水温（ＳＳＴ）的影响，发现南海表层水温的甚低频振荡是东亚季风异常风应力强迫所致．这种甚低频振荡主要反映在深水区，其空间分布呈椭圆形，几乎与南海海盆形状一致。从海盆中央到边缘振幅逐渐减少，ＳＳＴ的甚低频振荡是非行进波，无明显传播特征。     

热带西北太平洋热状况对热带气旋活动的影响

分析热带西北太平洋和南海的表层至100m的水温变化与热带气旋活动的关系。得出:(1)海洋热含量正距平年热带气旋偏多,反之偏少。(2)热带西北太平洋西部热含量增加时,副热带高压脊点偏西,移入南海的热带气旋频数增加,反之减少。(3)因热带东、西太平洋水温变化反相,南海水温变化与热带东太平洋同位相,故从太平洋移入南海的热带气旋与在南海生成的热带气旋频数的变化趋势近于相反。