系泊式新能源平台水动力分析

发布时间：2017-09-22 10:20

  本文关键词：系泊式新能源平台水动力分析

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【摘要】：近年来,由于波浪能、潮流能、海上风能和太阳能等海洋可再生能源具有清洁、无污染、可再生等陆地资源无法比拟的优点,已成为国内外研究的重点。其中,海上太阳能得益于陆地成熟的开发利用技术,是应用前景最为广阔的海洋可再生能源。此外,随着海洋资源争夺的日趋剧烈,海洋环境资料的探测、远海的监控及通讯也日渐重要,相应功能的海洋结构物也应运而生。本文在充分调研各类海洋结构物研发现状及其水动力理论研究现状的基础上,对一种以太阳能为主要能源的新型海洋平台进行结构设计,选取运动性能较优的结构方案进行水动力性能分析。主要研究工作如下:根据浮式平台的设计流程以及太阳能发电系统的工作特性,设计了圆锥和圆台两个结构方案,并分析这两个结构方案的水动力性能。采用三维势流理论和Morison理论相结合的方法建立平台的水动力计算模型,通过水动力计算软件AQWA对平台进行频域分析,对比频域运动响应算子RAO选出水动力性能较优的圆台方案。采用在平台模型上安装运动传感器及无线传输装置的方法来测量和采集平台的实验数据,为海洋工程模型实验数据的测量和采集提供了一种简便实用的方法。通过将自由平台时域规则波数值计算结果与模型试验结果进行对比,验证了三维势流理论和Morison理论相结合的分析方法的正确性。本文最后对南海实际风浪海况进行时域数值模拟,系泊完整工况下缆绳的存在会使平台垂荡运动下降明显,而破损工况下平台的垂荡运动并未由于缆绳重量的减轻而上升。在正常作业海况下,无论是在系泊完整工况还是在破损工况下平台的运动性能均能满足作业要求。平台主要参数中作业水深对平台摇晃运动没有影响,而波浪谱谱峰参数越大,平台的垂荡及摇晃运动越剧烈。此外,重心高度不影响本平台垂荡运动,但重心高度下降,平台的摇晃运动越好。
【关键词】：系泊系统 新能源 模型试验 水动力分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题研究的目的和意义10-12
• 1.2 深海浮台的发展概况12-18
• 1.2.1 单柱式Spar平台12-13
• 1.2.2 浮式储油系统13-15
• 1.2.3 半潜式平台15-17
• 1.2.4 海洋资料浮标17-18
• 1.3 浮体及其系泊系统水动力研究现状概况18-21
• 1.3.1 浮体在波浪中的运动18-20
• 1.3.2 系泊系统研究现状20-21
• 1.4 本文主要工作21-23
• 第2章 水动力分析理论及结构方案设计23-34
• 2.1 相关假设及坐标定义23-24
• 2.2 三维势流理论概述24-28
• 2.2.1 控制方程与边界条件24-26
• 2.2.2 定解条件和浮体运动方程26-28
• 2.3 Morison理论概述28-29
• 2.4 海洋浮式平台设计概述29-30
• 2.5 平台结构方案设计30-33
• 2.5.1 太阳能发电系统参数30-31
• 2.5.2 圆锥和圆台方案的实体模型及参数31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 平台结构方案分析及试验验证34-42
• 3.1 结构方案分析34-36
• 3.1.1 自由平台水动力计算模型34-35
• 3.1.2 频域RAO对比分析35-36
• 3.2 自由平台模型试验36-39
• 3.2.1 相似定则36-37
• 3.2.2 试验设备37-38
• 3.2.3 试验模型及参数38-39
• 3.3 自由平台试验验证39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 系泊系统方案设计及计算方法研究42-54
• 4.1 系泊系统设计概述42-43
• 4.2 系泊计算方法概述43-47
• 4.2.1 悬链线法43-44
• 4.2.2 集中质量法44-47
• 4.3 系泊系统方案设计47-49
• 4.3.1 设计标准47
• 4.3.2 系泊系统模型及参数47-49
• 4.4 系泊布设方案及计算方法分析49-53
• 4.4.1 布设方案分析49-52
• 4.4.2 系泊计算方法分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 系泊工况及主要参数对水动力影响分析54-65
• 5.1 系泊工况对水动力性能影响分析54-56
• 5.1.1 完整工况影响54-55
• 5.1.2 破损工况影响55-56
• 5.2 水深对水动力性能影响分析56-58
• 5.3 谱峰参数对平台水动力性能影响分析58-61
• 5.4 重心高度对水动力性能影响分析61-64
• 5.4.1 重心高度对运动影响61-63
• 5.4.2 重心高度对系泊系统影响63-64
• 5.5 本章小结64-65
• 结论65-66
• 参考文献66-70
• 附录70-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果74-76
• 致谢76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 吴家鸣;;FPSO的特点与现状[J];船舶工程;2012年S2期

2 赵晶瑞;范模;段梦兰;;深水系泊缆绳动力响应研究[J];船舶工程;2013年04期

3 姜哲;谢彬;谢文会;;新型深水半潜式生产平台发展综述[J];海洋工程;2011年03期

4 马汝建,高学仕;悬链线锚链的非线性恢复系数[J];中国海洋平台;1994年Z1期

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1 郭彬;浅水大型FPSO运动及甲板上浪特性研究[D];上海交通大学;2010年

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本文编号：900265