深海SPAR平台浮力罐及垂荡板性能与优化

世界深海油气开发活动蓬勃发展，深海工程技术与装备成为国际海洋工程领域的前沿研究热点。作为特别适合于深海油气开发的新型平台，立柱式平台(Spar)是未来我国南海深水油气大开发的首选深海平台之一。Spar平台概念形成和工程应用的历史仅十余年，尚未形成完整的理论技术体系和设计建造标准，在研究设计、建造运行中仍有大量理论和关键技术问题需要长期发展和完善。本项目主要研究内容包括：内置浮力罐与Spar平台的耦合动力作用及参数敏感性分析，开孔垂荡板的性能和力学机制及优化设计，Spar平台系统的深水池混合模型实验。通过理论与实验研究，探索深海Spar平台主体与内置浮力罐和垂荡板的非线性耦合动力作用及相关规律，形成相关分析方法和手段，为Spar平台总体性能分析及局部结构的优化设计提供参考依据和理论与技术支撑，也为我国今后开展深海Spar平台装备的自主研制和在南海深水油气开发中的应用提供知识储备。

本项目以深海Spar平台为应用背景，研究了工程实际应用中非常重要的问题：对平台运动性能改善起着非常重要作用的垂荡板，以及Spar平台主体和浮力罐的相互作用。本研究中，针对垂荡板这种典型的平板型结构物，采用数值模拟（Computational Fluid Dynamics, CFD）方法和水池模型强迫振荡试验的方法，深入研究了平板结构物与流体相互作用的机理，以及垂荡板在抑制平台垂荡运动性能发挥作用的机理，对工程实践中垂荡板性能的预报和优化有重要参考作用。具体来讲，本研究涵盖了二维数值模拟对平板的适用性、三维平板绕流的大涡模拟、三维平板绕流的尾流特性、振荡平板的数值模拟、强迫振荡机构的研发和强迫振荡试验的实施等内容。针对Spar平台浮力罐的水动力学问题，采用MOSES软件对几何Spar平台的频域特性和时域耦合响应进行了分析计算。分析了浮力罐和平台运动的影响和靠垫-平台间的相互作用力。