论文部分内容阅读
随着我国对南海新能源开发力度的加大,开采作业范围已从浅水逐渐转向深水环境,以往管线输运方法已经不再适用。对此,国际上提出了具有独特优势的大型液化天然气生产储存平台FLNG。而FLNG内部舱室的液舱晃荡现象以及单点系泊方式使得船体运动响应十分复杂,因此相关研究具有重要的工程设计参考价值。本文在OpenFOAM开源平台的基础上,利用组内自主开发的船舶与海洋水动力学CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对单点系泊充液的FLNG在波浪中的液舱晃荡耦合运动进行了模拟探究。文中首先进行数值造波模拟,验证了求解器数值造波的准确性。随后实现了对波浪中双液舱充液FLNG液舱模型的耦合运动问题的全流场CFD同时模拟求解。通过将运动幅值RAO模拟结果与实验进行对比,验证了求解器的准确性和可靠性。为了探究液舱晃荡耦合运动的规律,系统地研究了波浪频率、液舱充液率以及波浪高度对充液FLNG液舱的横摇耦合运动的影响,通过对比运动时历,以及提取的液舱内外壁上的作用力矩,发现晃荡现象对液舱耦合运动幅值的加剧或者抑制,主要取决于液舱内外壁所受力矩的相位差,加剧或抑制的幅值取决于力矩的幅值。接着本文参照物理试验构建多液舱FLNG船模型,并对模型进行了自由衰减运动模拟。通过对比FLNG模型自由衰减周期的数值模拟结果与物理试验结果,验证了模型结构与参数配置的准确性。再由网格收敛性验证给出了适合本文模拟的网格生成方法与网格量。参照物理水池试验结果,验证了横浪与迎浪两种工况多种入射波浪频率作用时,FLNG液舱晃荡耦合运动响应的幅值RAO结果,证明求解器可以准确模拟该问题。在此基础上,对比空舱压载情况,探究了液舱充液率、波浪频率和浪向因素对于充液FLNG运动响应的影响,发现横浪工况下FLNG的横摇运动对液舱晃荡的耦合作用最为敏感。同时,文中展示了FLNG液舱内外流场信息,阐述了波浪场与舱内流场与船体之间的相互作用情况。最后,本文实现了对单点系泊状态下充液FLNG在波浪中六自由度运动的数值模拟。分析了系泊系统,波浪环境以及液舱晃荡多种因素对于船体整体运动的耦合影响。通过对比单点系泊前后以及液舱充液前后FLNG的运动时历、舱内外流场情况和锚链力等结果,发现在横浪工况中,受波浪载荷激励,FLNG会绕系泊点产生旋转。在此过程中船体横摇角幅值会逐渐增大,从而对FLNG的安全性产生威胁。同时由于FLNG采用多液舱设计,舱内的流体晃荡现象会大幅度减弱,从而提高了船舶的稳定性。本文相关结果可以为工程实践提供参考。