波流作用下串联浮筒张力腿平台运动响应分析

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随着人类对能源需求量的增长,能源开发的重点正在从陆地向海洋转移,并且有逐渐从近海到深远海发展的趋势。张力腿平台作为海上浮式平台的主要型式,在平面外自由度(垂荡、横摇、纵摇)具有良好的运动性能,但在极端情况下仍会产生较大的纵荡响应。串联浮筒式张力腿平台(Serbuoys-TLP)作为近年来新提出的一种改进的张力腿式结构,已经被证实在波浪单独作用下可以有效抑制平台的纵荡响应。但在复杂的海洋环境中,研究其在波浪与海流共同作用下的运动响应更具有现实意义。首先,在ANSYS/AQWA中建立平台和浮筒的水动力模型,运用AQWA对平台基础和浮筒进行水动力分析,得到平台和浮筒的附加质量、平台的辐射阻尼和一阶波浪力。将张力筋腱考虑为集中质量模型,基于MATLAB编写了DUTMST 2.0时域仿真程序,并将程序计算结果与物理模型实验结果进行对比,验证了程序可以准确计算波流耦合作用下Serbuoys-TLP的纵荡响应。其次,利用本文提出的Serbuoys-TLP时域耦合计算方法,对波流作用下串联单层浮筒张力腿平台运动响应进行分析。包括波流耦合作用对Serbuoys-TLP运动响应的影响,并且分析波浪作用下和波流作用下,海流流速、波高、波浪周期、浮筒参数和水深对Serbuoys-TLP运动响应的影响。最后,将单个浮筒的排水量平均分成两份,在保证筋腱最大初始预张力相同的情况下,运用DUTMST 2.0程序,对串联双层浮筒张力腿平台的运动响应进行计算,分析波浪作用下和波流作用下,海流流速、波高、波浪周期、浮筒参数和水深对Serbuoys-TLP运动响应的影响。以串联三层浮筒张力腿平台为例,分析串联多层浮筒时,中间的浮筒位置对纵荡响应的影响。结果表明,Serbuoys-TLP在波流共同作用时对纵荡的抑制效率比在波浪单独作用时对纵荡的抑制效率高,并且在波流共同作用下,波浪周期为3-12s时对平台的纵荡均有抑制效果。保证浮筒排水量一致的情况下,在筋腱上串联双层浮筒比串联单层浮筒对纵荡的抑制效率高,并且水深越深,Serbuoys-TLP对纵荡的抑制效率越高。因此,SerbuoysTLP适宜应用在波浪和海流作用较强的深水环境。
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