FPSO是Floating Production Storage and Offloading的英文缩写,中文称为海上浮式生产储卸油装置。由于其经济性、可靠性、海域适应性等优点,FPSO在海上石油开发中的应用非常广泛。通常FPSO采用单点系泊的方式以获得较小的系泊力,但这也使得船首暴露在波浪作用下,上浪的危险很大。此外,FPSO需要固定在特定的海域长达数年甚至十几年,无法有效地规避大风大浪的海况,甲板上浪的风险大大增加。而且,与普通船舶相比,其检修的难度也较大。严重的甲板上浪不仅影响FPSO的作业效率,而且还会对FPSO的甲板、设备及建筑造成破坏。FPSO甲板上浪主要是海上陡峭的波浪或波群和船首俯仰运动这两种机制组合的结果。其过程可以分为水体沿船首升高、水体越过船首进入甲板、水体沿甲板流动、水流冲击甲板上的设备或甲板室等阶段。并且这些阶段是在很短时间内连续完成的,并不能严格分开。在恶劣的海洋环境下,FPSO处于生存状态,有关的船体运动、相对的波浪运动、以及漂移力都明显的是波高的非线性函数,数学上极难求解,物理现象也非常复杂。本文对于甲板上浪发展问题的发展历程和研究进展进行了一定的回顾和总结,运用CFD软件建立了一种能够再现FPSO甲板上浪现象的数值方法。在一定的限定条件下,对FPSO甲板上浪进行了数值模拟,以分析甲板上浪的机理、上浪水位高度和上浪载荷等,可以用于预报对甲板上结构物的破坏程度。本文在FLUENT软件的基础上进行了二次开发,建立了二维数值波浪水池,并将其扩展到三维水池。水池采用动边界的造波方法,自由液面用VOF法捕捉,成功模拟出所需的规则波。采用三种较为接近的规则波,在三种高度的舷墙下,对限定运动下FPSO的甲板上浪进行了数值模拟。得到了波浪沿船首爬升、变形、破碎的过程,并且对上浪水体在甲板上的水位高度以及甲板、甲板室上的冲击载荷进行了记录。知道了上浪水体高度和上浪载荷的峰值大小,并研究了波浪参数和舷墙高度对其的影响程度。发现上浪水位高度和载荷受到波浪参数的影响较大,而舷墙对其的改变作用则很小。同时,也进行了相应的模型试验,将数值模拟结果与试验值比较,结果吻合良好。