半潜式平台运动及系泊系统特性研究

针对深海半潜式平台及其系泊系统的水动力特性,运用时域耦合的分析方法,对一座水深为1 000 m的半潜式平台,及其悬链线式系泊系统的水动力性能进行探索,获得频域和时域响应结果。同时阐述了平台系泊系统的设计流程,并通过系泊系统参数的变化,研究其特性寻找影响系泊系统作用的一般规律,为平台及其系泊系统设计提供参考。     

垂荡板对半潜式风机基础拖航过程中水动力性能及运动响应的影响分析

垂荡板对半潜式风机基础水动力性能有极大的影响,从而影响基础拖航安装过程的安全。为了研究垂荡板对半潜式基础拖航过程中运动响应的影响,建立了拖缆—WindFloat浮式风机半潜式基础拖航系统模型。首先,基于三维势流理论,采用AQWA开展了拖航系统的频域水动力分析,分析了垂荡板的尺寸及形状对基础水动力性能的影响规律;进一步采用时域方法对拖航系统的运动响应进行分析,探究了垂荡板的尺寸及形状在不同浪向下对基础运动响应的影响规律。结果表明：垂荡板能有效抑制基础的垂荡RAO,但垂荡板形状对基础的水动力性能无明显影响;具有圆形垂荡板的半潜式基础在拖航过程中的运动性能略优于六边形垂荡板,在原设计基础上继续增大垂荡板尺寸对基础运动响应的抑制效果呈现先增大后减小的趋势,说明半潜式风机基础存在一个最优的垂荡板尺寸。     

国产深海准实时传输潜标系统设计

基于海洋环境安全保障、海洋环境预报和海洋科学研究的需要,开展国产深海准实时传输潜标系统的设计,重点进行锚泊系统水动力分析、观测设备工作同步性、准实时通讯系统安全可靠和系统低功耗等整体技术设计;开展轻型感应耦合传输缆制作、大深度感应耦合传输和智能收放通讯等数据实时通讯技术的研究;进行适用于准实时传输潜标系统的多种类国产设备的稳定性和可靠性优化、规模化集成和系统化的应用示范,形成半潜升降式准实时通讯潜标与浮子式准实时通讯潜标各1套。所设计的准实时传输潜标系统集成了1台抗污染CTD、19台感应耦合CTD、8台感应耦合T、4台感应耦合传输的ADCP、2台单点海流计和6台感应耦合数据传输仪,并配有2套声学释放器;潜标系统本体设计含有3个水下流线型浮体、1套通讯浮子、1套准实时卫星通讯装置（半潜式水下绞车或海面浮子）和1套锚泊缆系,可实现深达2 000 mm的剖面温盐深和海流等海洋要素的高频率、多要素、多层次的长期连续观测和数据准实时传输,以便对科学问题解决和海洋环境安全保障等提供及时的数据支撑。     

北太平洋副热带模态水形成区潜沉率的年际变化及其机制

根据Huang和Qiu 1995年的潜沉率计算公式,采用同化的海洋模式资料和海洋-大气界面的通量观测资料,计算了北太平洋副热带海域3个模态水形成区逐年的潜沉率,研究了潜沉率产生年际变化的机制.研究结果表明:西部、中部和东部3个模态水形成区潜沉率的年际变化主要周期分别为6,2~5和2 a;北太平洋副热带模态水的3个形成区的潜沉率都发现年代际的变化特征:在1985年以前,西部模态水形成区的潜沉率年际变化最为显著,但1985后年际变化振幅明显减小;在中部模态水形成区,1975~1992年间潜沉率随时间的变化的振幅较大,潜沉率在这段时间内的平均值也达到33.99 m/a,而在1970~1975年间和1993~1998年间潜沉率都小于20 m/a;西部副热带模态水形成区的潜沉率的年际变化与这里海面的净热通量的年际变化有很好的相关性,中部副热带模态水形成区潜沉率的年际变化则取决于局地Ekman流的年际变化,而在东部模态水形成区局地风应力旋度的变化直接影响潜沉率的大小.     

混合模块大型浮式结构系统耦合动力响应分析

针对具有天然岛礁庇护或人工庇护的温和海洋环境,提出了一种混合模块大型浮式结构系统,即水动力性能更优的半潜式模块作为内侧主模块,消波效果更优的箱式模块作为外侧浮式防波模块和波浪能发电模块.波浪能装置利用外侧箱式模块与内侧半潜式模块的相对纵摇运动进行发电.考虑模块间多体水动力耦合效应和连接器机械耦合效应,基于ANSYS-AQWA程序重点研究了典型海况下混合5模块串联浮式结构系统的动力响应特征.结果表明,外侧箱式模块和波浪能发电装置能有效减弱内侧半潜式主模块运动响应、连接器动力响应和系泊缆绳张力,并且提供一定的能源供给.所得研究成果可为模块化超大型浮式结构系统的防波—发电集成系统设计提供参考.     

半潜式航行体水平定深回转运动研究

半潜式航行体是遥控猎雷系统的重要组成部分,其回转机动性直接影响系统的探测精度及作业安全。 参照国外典型半潜式航行体设计仿真模型,建立其运动方程组,分别在不同航速和不同垂直舵角下对半潜式航行体的水平定深回转运动进行仿真分析。 仿真结果表明:半潜式航行体具有较好的回转机动性, 回转半径随着垂直舵角的增大而减小,横滚角随着航速及垂直舵角的增大而增大,应综合考虑回转半径及横滚角进行实际控制。     

半潜式平台结构设计分析的工程系统—OSAS-3

合理地设计半潜式平台结构,使它具有所期望的优异性能和安全性,需要有能分析计算平台的运动响应、结构响应及其统计预报的程序系统。本文介绍的“OSAS—3”程序系统就是具有这些功能的系统,它不仅能计算平台的运动响应、结构响应和预报分析,而且还能进行定常外力计算和设计波法的结构强度校核计算。文中介绍了计算机程序系统、特征和理论计算方法的概要。这个程序系统和国外主要船级社的同类系统具有同样的基本计算功能,经与国外同类程序比较,其相应的计算结果吻合得很好。     

系泊定位状态下半潜式浮体波浪爬升性能试验研究

随着深海油气田的快速发展,新兴的浮式生产系统,尤其是半潜式平台,由于具有性能优良、运动响应小、工作水深适用范围广、抗风浪荷载能力强等优点,在工程实际中得到快速的发展。在半潜式平台设计过程中,气隙和斜浪作用下的波浪爬升问题对其安全性能的影响至关重要。通过采用系泊定位状态下的四立柱半潜式平台进行波浪爬升实验,对平台不同位置进行全方位的监测,而后对测量数据进行分析,得出关于海浪对半潜式平台气隙响应的影响和相关规律,为半潜式平台的设计提供参考。     

火星的生命

目前大家公认,火星表面确实一度存在水。但水是否长期存在,促进了生命的出现,却不得而知。现在,欧洲航天局的太空船“火星快车”携带的红外矿物学探测光谱仪（OMEGA）发来火星表面的矿物图象。借助于该图象,科学家认为火星确实曾经拥有维持生命的条件。     

新型浮式基础的海上风机系统动力响应研究

概念性地设计了一种新型半潜—Spar混合浮式基础,以5 MW水平轴风机为例,研究了该新型浮式基础支撑的浮式风力机系统的动力响应。基于三维势流理论和Morison公式,应用SESAM软件建立浮式基础模型,在频域内计算了该浮式基础的水动力参数和响应算子,分析了浮式基础的运动性能。考虑叶片气动载荷和浮式基础波浪载荷,应用FAST软件对风机—浮式基础系统进行时域计算,分析风力机系统的运动性能。结果显示,该浮式基础运动幅值较小,具有良好的运动性能。     

干树式深吃水半潜平台顶部张紧立管的设计与分析

用于深水油气开发的干树式顶部张紧立管(TTR)系统的载体平台是一种具有渐变式立柱的深吃水半潜钻井/生产平台(TCDD-Semi),该平台为中国南海的深水区域的气田开发而设计。文中介绍了该立管系统的设计与分析,提出了干树式采油立管设计方案,并进行了立管干涉、总体强度、疲劳、立管张紧器行程范围分析与核校。结果表明,立管在强海流中无碰撞,最大冯·米塞斯应力利用系数为0.88(规范要求不大于1.0),最小疲劳寿命89.4 a,大于20 a的设计服役期,张紧器最大行程33.1 ft,小于最大设计值35 ft。可见所述立管系统满足设计功能和工业规范要求,在具有恶劣海况条件的我国南海海域进行生产作业的深吃水半潜平台上设计安装干树式立管系统是可行的。     

半潜式起重平台系泊系统设计与优化研究

近年来,国内兴起了大力发展半潜式起重平台的势头,系泊系统的设计与优化是该类型平台开发中的关键问题之一。采用时域方法对半潜式起重平台系泊系统进行耦合动力分析,研究系泊系统主要参数对其动力响应特性的影响,并给出主要参数的设计优化流程,在此基础上,以能够满足安全校核且性能较优的系泊方案为目标,对该半潜式起重平台的系泊系统进行优化设计,并研究单根系泊缆发生破断对整个系泊系统的影响。结果表明:基于主要参数对系泊性能的影响规律,经优化设计得到的系泊方案,预留的安全欲度适中,能够保障半潜式起重平台在恶劣海况下的生存能力,同时具备较好的经济性。     

半潜式支持平台系泊系统的设计方法及应用

系泊系统是半潜式支持平台抵抗恶劣海洋环境作用、限制平台偏移、实现海上定位的重要设备,辐射状多点系泊是常用的布置方式。针对该平台系泊系统开展了设计方法和分析流程研究,阐述了系泊系统配置设计,包括系泊缆的数量、抛出长度、单根系泊缆的刚度、直径、破断负荷、定位锚的型式、最大抓力等;系泊系统的布置设计,包括系泊缆之间的水平夹角、系泊绞车、导缆器、定位锚的位置等;同时归纳风载荷、流载荷以及波浪慢漂载荷的常用估算方法;总结适用于该类平台系泊系统设计的规范要求。将上述方法和流程应用于某型半潜式支持平台系泊系统的开发和设计,采用系泊定位分析程序MIMOSA对该系统的定位能力进行分析,研究了系泊缆形状、夹角等参数随张力的变化特征,同时系泊缆按照船级社的规范要求进行衡准,反复调整和优化系泊系统的配置和布置方式,直至系泊系统满足要求,最终设计出较合适的系泊系统。相关方法、流程和结论为实际工程项目提供重要的设计思路。     

气候变化情景下东南印度洋亚南极模态水的演变趋势研究

基于参与第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果,本文通过与观测对比,评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力,并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下,该模态水潜沉率、体积及性质的变化趋势。结果表明:与Argo观测相比,CMIP6模式中南印度洋混合层偏深且上层海洋的位势密度偏小,因此其模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉率偏大而位势密度偏小。不同CMIP6模式之间模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉区存在差异,混合层侧向输入是导致这一差异的主要原因。此外,在历史模拟和两种情景试验中,东南印度洋亚南极模态水均呈现出潜沉率和体积减小、温度升高、盐度和密度降低的趋势。其中,在高强迫情景下,变化趋势最大,中等强迫情景次之,历史模拟中的变化趋势最小。这表明,辐射强迫越强,东南印度洋海表温度升高和淡水输入增加的趋势越大,导致混合层变浅及其南北梯度减小的趋势越快,东南印度洋亚南极模态水潜沉率、体积和性质变化的趋势也随之增大。     

一种新型半潜式深海风电安装平台总布置设计

为了满足海上风力开发的深海化、专业化、大型化的需求,解决因海上气候恶劣、有效工作时间短而导致的工作效率低的问题,吸取常规风车安装船和半潜式平台的优点,基于漂浮式基础风车设备,设计一种新型半潜式风车安装平台。充分考虑运输安装一体化的作业形式和经济性、安全性的要求对安装平台总布置、吃水、抗横倾系统、推进装置、主尺度等进行设计并提出风机运输吊装方案。总体布置方案初步满足设计思想,可实现多台风机组整体运输安装,可独立完成海上风电机组的运输、吊装和维护等工作任务,能适合深海漂浮式基础风机海上风电场建设需要。     

在半潜式平台上收集海洋水文气象资料

在环境恶劣的海区,利用半潜式钻探平台作为监测平台来收集近海油汽开发所需的海洋水文气象资料,是一种廉价而实用的方法。“白令海多陆架区战略试验井计划”便是其中最好的一个例子。该项计划由阿拉斯加ARCO油气公司负责,由EG＆G公司提供完整的海洋水文气象监测系统,利用Sedco708号半潜式平台作为监测平台。测量仪器装在Sedco708平台和两条锚链系统上。气象仪器包括气压传感器和气温传感器。测得     

侏儒蛤潜沙行为研究

侏儒蛤(Mulinia lateralis)是一种小型的双壳埋栖贝类,具有生长迅速、繁育周期短的特点,被称为软体动物研究的模式生物。潜沙行为是埋栖贝类的重要生存策略,潜沙后贝类躯体立于底质中,在底质表面形成水孔,用于海水交换,完成呼吸和摄食。为了建立侏儒蛤室内养殖系统,有必要对侏儒蛤的潜沙行为进行深入了解。在实验室条件下,我们观察了侏儒蛤潜沙行为的主要过程,比较了不同规格和月龄侏儒蛤的潜沙能力,分析了高温、低盐和高盐胁迫对侏儒蛤潜沙行为的影响。研究发现侏儒蛤的潜沙过程主要分为潜沙准备、伸出水管和斧足、斧足潜入、竖壳、潜沙和潜沙完成6个步骤。随着规格和月龄的增长,侏儒蛤潜沙能力逐渐减弱,主要表现为潜沙率下降和潜沙所需时间的延长。高温也产生了类似的影响,并且随着高温胁迫时间的增加,其受到的影响愈加严重。低盐和高盐条件均影响侏儒蛤的潜沙行为,但是随着盐度胁迫时间的增加,其受到的影响逐渐减弱,暗示侏儒蛤对盐度的变化具有较高的适应能力。本研究扩展了对侏儒蛤潜沙行为的认识,对开展侏儒蛤行为适应性研究以及建立侏儒蛤室内养殖系统具有重要意义。     

南太平洋和南印度洋亚南极模态水潜沉率的长期变化趋势

亚南极模态水(sub-Antarctic mode water,SAMW)的潜沉过程与全球变暖减缓现象密切相关。为了增进对亚南极模态水长期变化特征的认识,使用一个高分辨率长时间序列的海洋模式数据对SAMW的潜沉率变化趋势的空间分布进行了系统地分析。结果显示,在1958~2016年间,SAMW的潜沉量在南太平洋和南印度洋在长时间段上存在着相反的趋势变化,即在南太平洋增大,在南印度洋减少,这与已有研究结果相符。但进一步的分析发现,SAMW潜沉量的空间分布存在着明显的差异。在南印度洋,其北部潜沉区的潜沉率仅有很微弱的上升趋势,而位于南部潜沉区的潜沉率则有明显的下降趋势。与此同时,在南太平洋中,其西部潜沉区的潜沉率趋势非常小,而东部潜沉区的水的潜沉有明显上升的长期趋势。总体而言,密度较大的SAMW潜沉水团比密度较小的潜沉水团表现出更显著的长期变化的趋势。南部变化趋势明显的潜沉水量大概占总潜沉水量的60%,由此可知SAMW的总体趋势更多地来自其南部密度更大的潜沉区的贡献。进一步的分析表明,SAMW潜沉区的混合层的长期变化趋势与潜沉率的长期变化趋势之间存在较为一致的空间分布。其中,在南太平洋,东侧潜沉区的混合层的长期增大趋势,主要由于风应力增大的作用,而西侧潜沉区的混合层的长期减小趋势,则主要因为海表浮力强迫的控制;在南印度洋,南侧潜沉区的潜沉率长期减小趋势更多的是受到浮力强迫的影响,而西北部的潜沉率长期增加趋势则主要由风应力增强导致的。     

基于SESAM的半潜式平台水动力响应分析

根据三维势流理论,应用SESAM软件对国内某海域半潜式平台的水动力性能进行了研究。分析了目标平台在频域下的附加质量系数、阻尼系数,以及运动响应幅值(RAO)等一系列水动力参数,并研究了粘性阻尼对半潜式平台RAO的影响。结果表明,粘性阻尼对半潜式平台运动响应幅值有很大的影响,研究水动力性能时不能忽略。     

琼州海峡海口站近岸风暴增水概率风险分析

基于海口站1976~1997年逐时潮位和逐日最大风速资料,利用阿基米德Copula函数构建海口年最大增水与相应日期最大风速的联合概率分布模型。结果表明:1)广义极值分布可作为海口站年最大增水和相应日期最大风速的边缘分布。两个序列之间存在强正相关关系,G-H Copula函数更适用于作为海口站年最大增水和相应日期的最大风速联合概率分布的连接函数。2)两变量联合作用的同频率增水高度设计值与增水的单变量边缘分布设计值之间的相对差值约为7.5%。3)条件概率1(P(Y≥y|X≥x))中同频率的年最大增水和相应风速的遭遇概率介于78.2%~80.9%,条件概率2(P(Y≥y|X≤x))中同频率的年最大增水和相应风速两者的遭遇概率小于4.8%。