自升式海洋平臺(tái)環(huán)境載荷實(shí)驗(yàn)與分析方法

序

前言

第1章 緒論 1

1.1 研究背景及意義 1

1.2 海洋環(huán)境載荷研究及進(jìn)展 8

1.2.1 波流載荷研究 8

1.2.2 風(fēng)載荷研究 15

1.3 海洋環(huán)境載荷研究中的若干問題 17

參考文獻(xiàn) 19

第2章 自升式海洋平臺(tái)環(huán)境載荷理論分析方法 26

2.1 波流載荷理論 26

2.1.1 莫里森方程 26

2.1.2 波浪理論 28

2.2 風(fēng)載荷理論 35

2.2.1 風(fēng)力系數(shù) 35

2.2.2 形狀系數(shù) 35

2.2.3 風(fēng)壓系數(shù)及體型系數(shù) 36

2.3 相似理論 37

2.3.1 水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則 37

2.3.2 風(fēng)載荷實(shí)驗(yàn)相似準(zhǔn)則 39

參考文獻(xiàn) 41

第3章 自升式海洋平臺(tái)波流載荷系數(shù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 42

3.1 單弦桿水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 42

3.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?42

3.1.2 實(shí)驗(yàn)條件 42

3.1.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 44

3.1.4 實(shí)驗(yàn)方法及步驟 50

3.1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 51

3.2 單樁腿水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 53

3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?53

3.2.2 實(shí)驗(yàn)條件 53

3.2.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 56

3.2.4 實(shí)驗(yàn)方法及步驟 60

3.2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 63

3.3 三樁腿水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 68

3.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?68

3.3.2 實(shí)驗(yàn)條件 68

3.3.3 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì) 69

3.3.4 實(shí)驗(yàn)方法及步驟 74

3.3.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 77

參考文獻(xiàn) 79

第4章 波流載荷系數(shù)分析及計(jì)算 80

4.1 波流載荷系數(shù)求解方法 80

4.1.1 CD 和 CM 與雷諾數(shù)、KC 數(shù)的關(guān)系 80

4.1.2 CD 和 CM 的常規(guī)求解方法 81

4.1.3 CD 和 CM 的創(chuàng)新型求解方法 82

4.2 單弦桿波流載荷系數(shù)求解與分析 85

4.2.1 水動(dòng)力系數(shù)求解及影響因素分析 85

4.2.2 基于線性回歸方法的水動(dòng)力影響因素分析 99

4.2.3 單弦桿水動(dòng)力特性影響因素綜合分析 112

4.3 單樁腿波流載荷系數(shù)求解與分析 114

4.3.1 常規(guī)方法求解 CD 及 CM 值 114

4.3.2 基于遺傳算法的水動(dòng)力系數(shù)求解方法 121

4.3.3 單樁腿水動(dòng)力實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M仿真 128

4.4 三樁腿波流載荷系數(shù)求解與分析 133

4.4.1 三樁腿水動(dòng)力特性分析方法 133

4.4.2 水動(dòng)力系數(shù)分析 135

4.4.3 群樁效應(yīng)分析 140

4.4.4 齒條效應(yīng)分析 147

4.4.5 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臄?shù)值模擬 150

參考文獻(xiàn) 155

第5章 自升式海洋平臺(tái)風(fēng)載荷研究 157

5.1 自升式平臺(tái)風(fēng)載荷規(guī)范計(jì)算 157

5.1.1 自升式海洋平臺(tái)基本參數(shù) 157

5.1.2 規(guī)范規(guī)定 158

5.1.3 規(guī)范計(jì)算結(jié)果 160

5.2 平臺(tái)風(fēng)載荷數(shù)值模擬 164

5.2.1 CFX 數(shù)值模擬 164

5.2.2 模擬結(jié)果分析 169

5.3 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn) 173

5.3.1 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 173

5.3.2 平臺(tái)模型風(fēng)載荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 185

5.4 平臺(tái)風(fēng)載荷對(duì)比分析 192

參考文獻(xiàn) 195

第6章 海洋平臺(tái)環(huán)境載荷的數(shù)值模擬 197

6.1 自升式海洋平臺(tái)波流載荷模擬 197

6.1.1 海洋平臺(tái)數(shù)值模型的建立 197

6.1.2 海洋平臺(tái)模擬結(jié)果的分析 204

6.2 自升式海洋平臺(tái)風(fēng)載荷模擬 219

6.2.1 CFD 理論基礎(chǔ) 219

6.2.2 海洋平臺(tái)的三維建模 221

6.2.3 風(fēng)載荷模擬結(jié)果分析及驗(yàn)證 225

6.2.4 風(fēng)載荷模擬結(jié)果的等效處理 230

6.3 自升式海洋平臺(tái)環(huán)境載荷耦合模擬 232

6.3.1 海洋平臺(tái)數(shù)值模型的建立 232

6.3.2 海洋平臺(tái)模擬結(jié)果的分析 238

參考文獻(xiàn) 243

彩圖2100433B

自升式海洋平臺(tái)是海洋油氣資源勘探開發(fā)的重要設(shè)施，因其具有適應(yīng)性強(qiáng)、移動(dòng)性好、作業(yè)靈活等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。自升式海洋平臺(tái)在役期間受到海流、波浪、海風(fēng)等復(fù)雜海洋環(huán)境載荷的共同作用，其中波流載荷和風(fēng)載荷影響較為顯著，準(zhǔn)確分析計(jì)算平臺(tái)在使用過程中所承受的波流載荷和風(fēng)載荷，對(duì)平臺(tái)安全設(shè)計(jì)和使用十分重要?！蹲陨胶Ｑ笃脚_(tái)環(huán)境載荷實(shí)驗(yàn)與分析方法》系統(tǒng)完整地介紹了自升式海洋平臺(tái)承受波流載荷和風(fēng)載荷的計(jì)算分析方法，在此基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了縮尺比、表面粗糙度、齒條以及群樁效應(yīng)等對(duì)波流載荷系數(shù)和風(fēng)載荷系數(shù)的影響規(guī)律，提出了波流載荷系數(shù)的并行計(jì)算方法和修正模型，對(duì)于準(zhǔn)確分析計(jì)算自升式海洋平臺(tái)的環(huán)境載荷，提高設(shè)計(jì)安全性和經(jīng)濟(jì)性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。

《自升式海洋平臺(tái)環(huán)境載荷實(shí)驗(yàn)與分析方法》緊密結(jié)合自升式海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)發(fā)展需求，注重理論基礎(chǔ)、方法技術(shù)和工程應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合，是對(duì)自升式海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)理論和實(shí)驗(yàn)方法的補(bǔ)充，既可作為高等院校、科研院所從事相關(guān)專業(yè)科研人員的參考用書，也可作為機(jī)械工程、海洋工程等專業(yè)本科生和研究生的教材，亦可為從事自升式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析的工程技術(shù)人員提供借鑒。

本書概述了海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)的類型和發(fā)展概況，對(duì)海洋環(huán)境載荷、漂浮穩(wěn)性、站立穩(wěn)定性、自升式升降系統(tǒng)等重要設(shè)計(jì)內(nèi)容和平臺(tái)的基本性能進(jìn)行了深入研究和廣泛討論，并詳盡闡述了海洋自升式移動(dòng)平臺(tái)的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法。

本書既可作教學(xué)用書，也可作工程技術(shù)人員參考書。

2018年6月7日，《自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法—載荷抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法》發(fā)布。

2019年1月1日，《自升式平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法—載荷抗力系數(shù)設(shè)計(jì)法》實(shí)施。

移動(dòng)式海洋平臺(tái)是一種裝備有鉆井設(shè)備，并能從一個(gè)井位移到另一個(gè)井位的海洋平臺(tái)，它可用于海上石油的鉆探和生產(chǎn)。

移動(dòng)式海洋平臺(tái)包含的種類有很多，主要有坐底式海洋平臺(tái)、自升式海洋平臺(tái)、鉆井船、半潛式海洋平臺(tái)、張力腿式海洋平臺(tái)、牽索塔式海洋平臺(tái)等等。