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面向FLNG液舱设计的晃荡荷载分析

面向FLNG液舱设计的晃荡荷载分析

作者：佟姝茜大连理工大学

学位级别：硕士

在深海气田、边际气田及伴生气田资源开发中,需要一种新型的装备——浮式液化天然气船（FLNG船）。目前,FLNG船的储液舱主要是参考LNG船的液舱形式,根据液舱特点和使用要求,薄膜型液舱的应用最为广泛。考虑到FLNG船特殊的作业方式,液舱... 详细信息

在深海气田、边际气田及伴生气田资源开发中,需要一种新型的装备——浮式液化天然气船（FLNG船）。目前,FLNG船的储液舱主要是参考LNG船的液舱形式,根据液舱特点和使用要求,薄膜型液舱的应用最为广泛。考虑到FLNG船特殊的作业方式,液舱会经常处于装卸状态,船体随海浪运动会引起舱内流体晃荡运动。晃荡会对舱壁结构强度以及浮体的稳定性带来不利影响。由于薄膜型液舱的舱壁结构复杂,尤其是绝热层结构,是多种材料复合而成,一旦发生泄漏,后果将不堪设想。在薄膜型液舱的设计中,晃荡荷载的确定是关键的因素。由于晃荡过程中,流体运动具有随机性、复杂性等特点,特别是在发生晃荡共振的情况下,利用理论分析和数值仿真方法,都难以分析最剧烈运动下的流体荷载特性,而模型实验方法能够弥补理论分析、数值仿真的不足之处。本文主要工作是面向FLNG液舱设计,利用半实物仿真动力子结构实验系统,分析了晃荡荷载特性。考虑到实际液舱尺寸较大,绝热层结构复杂,实验室中难以真实模拟,同时行业中也没有形成标准化的实验方法可供参考,对实验研究提出很大挑战。本文在分析国内外相关领域研究的基础上,从设计原理出发,建立了中大比尺GTT液舱模型,借助大型平动和转动实验平台,从简单化模型入手分析复杂晃荡问题。通过对1：20液舱模型在不同运动激励下的晃荡研究,给出薄膜型液舱一般性的晃荡荷载分布规律及危险载液工况预估,为液舱的结构设计提供参考,同时也推动了国内大规模晃荡实验研究基地和实验方法的发展。未来工作主要包括发展和完善晃荡实验技术,开展基于晃荡荷载的结构响应及流固耦合分析。

关键词： FLNG液舱晃荡荷载模型实验实验研究

OC4浮式风力机基础压载水晃荡特性数值研究

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中国造船 2024年第1期65卷 202-212页

作者：张任捷毛其然刘远传中国海洋大学工程学院青岛266100

受到波浪影响,浮式风力机会作6自由度运动,浮式基础内压载水会随之晃荡,进而影响风力机的正常运行。基于开源CFD软件OpenFOAM对OC4浮式风力机基础压载水晃荡进行数值模拟并研究其动力特性,基于指定频率和幅值的强迫激励分析激励频率和... 详细信息

受到波浪影响,浮式风力机会作6自由度运动,浮式基础内压载水会随之晃荡,进而影响风力机的正常运行。基于开源CFD软件OpenFOAM对OC4浮式风力机基础压载水晃荡进行数值模拟并研究其动力特性,基于指定频率和幅值的强迫激励分析激励频率和基础尺寸对压载水晃荡特性的影响,分析自由液面高程变化和晃荡载荷等参数随激励频率变化的规律。结果表明:晃荡力和波高都在风力机固有周期附近达到最大,并随着激励周期与固有周期偏离的增大而减小;不同立柱间的上柱晃荡力差异主要由压载水速度分量的不同引起,而下柱晃荡力差异主要由压载水流通形成的压载水体积变化引起。减小上柱直径,导致液面面积减小,立柱内压载水的速度分量减小,从而影响晃荡力。

关键词：浮式风力机压载水晃荡荷载强迫振荡

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面向储舱结构设计的晃荡冲击荷载实验研究

振动与冲击 2015年第18期34卷 171-176页

作者：陈晓东卫志军岳前进阮诗伦赵小西大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023 挪威科技大学船舶与海洋结构研究中心挪威特隆赫姆7049 深圳海油工程水下技术有限公司深圳518067

薄膜型船载液化天然气储舱设计中的一个关键力学问题是对液体晃荡引起的冲击荷载的评估。晃荡冲击载荷主要包括晃荡冲击荷载的幅值,上升和持续时间以及荷载三角脉冲的偏斜度等参数。室内大比尺晃荡模型实验是评估晃荡冲击荷载的有效方... 详细信息

薄膜型船载液化天然气储舱设计中的一个关键力学问题是对液体晃荡引起的冲击荷载的评估。晃荡冲击载荷主要包括晃荡冲击荷载的幅值,上升和持续时间以及荷载三角脉冲的偏斜度等参数。室内大比尺晃荡模型实验是评估晃荡冲击荷载的有效方法。以二维矩形液舱为模型,在大吨位六自由度运动平台开展了一系列不规则激励下的晃荡冲击荷载实验研究。研究结果表明:由于液体与气体的相互作用,导致晃荡冲击荷载具有幅值较大且冲击上升时间较短的特点,可能导致舱壁产生较大的响应。采用统计学的方法分析了晃荡冲击荷载的参数;此外,定量地提出了长期不规则激励下,由荷载峰值、上升和持续时间以及偏斜度的组成的三角脉冲荷载模型,该模型可为储舱舱壁结构设计和有限元分析提供荷载参考。

关键词：晃荡荷载模型实验冲击荷载参数脉冲荷载模型

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壁面结构形状对流体晃荡影响的数值研究

船舶力学 2021年第9期25卷 1189-1202页

作者：卫志军杜祥璞邹国良吴锤结翟钢军大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116023 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116023 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210029

为了合理抑制流体晃荡的问题,考虑空气可压缩性,通过系统对比不同激励频率下,三种壁面结构形状对晃荡荷载、近壁面波高、流场密度和湍动能的影响,探明壁面结构形状抑制流体晃荡的机理。结果表明:壁面凸起结构改变了流体砰击模式,进而影... 详细信息

为了合理抑制流体晃荡的问题,考虑空气可压缩性,通过系统对比不同激励频率下,三种壁面结构形状对晃荡荷载、近壁面波高、流场密度和湍动能的影响,探明壁面结构形状抑制流体晃荡的机理。结果表明:壁面凸起结构改变了流体砰击模式,进而影响了晃荡荷载分布及其作用时间;壁面凸起结构能增加湍流强度,提高能量耗散,从而降低流体对舱壁的冲量,有效抑制流体对结构的持续作用。因此,合理设计的壁面凸起结构形状可以有效降低晃荡荷载冲量,从而有效抑制流体晃荡。

关键词：抑制流体晃荡空气可压缩性壁面凸起结构晃荡荷载冲量

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液舱晃荡及其对船舶运动的影响研究

液舱晃荡及其对船舶运动的影响研究

作者：赵小西大连理工大学

学位级别：硕士

液舱晃荡由载液船舶运动引起,产生的晃荡力(矩)又作用于载液船舶,影响船舶的运动姿态。随着载液船舶(如LNG、 FPSO、 FLNG等)的大型化及其作业效率和作业安全性要求的不断提高,液舱晃荡及其引起的船舶运动问题愈加突出。解决该问题,涉... 详细信息

液舱晃荡由载液船舶运动引起,产生的晃荡力(矩)又作用于载液船舶,影响船舶的运动姿态。随着载液船舶(如LNG、 FPSO、 FLNG等)的大型化及其作业效率和作业安全性要求的不断提高,液舱晃荡及其引起的船舶运动问题愈加突出。解决该问题,涉及到三个方面的内容：船舶运动,液舱晃荡,液舱晃荡与船舶运动耦合。本文将船舶运动与液舱晃荡分开求解,分别对两者进行深入地探讨研究后,然后在频域内建立了考虑晃荡影响的船舶运动方程：首先基于三维势流理论和波浪辐射／衍射理论,介绍了ANSYS AQWA软件程序进行船舶水动力学计算的相关理论,奠定了船舶运动预报的理论依据,同时为液舱晃荡模拟采用简谐激励的选取提供理论依据;基于VOF法,利用ANSYS FLUENT对液舱晃荡进行数值模拟,并与理论计算、模型实验的结果进行对比,论证了数值模拟方法的准确性;并且依据该数值模拟方法,以二维矩形舱为例,对液舱晃荡力(矩)展开研究,提出并对比论证了将非线性的液舱晃荡力(矩)进行简谐化处理的一阶Fourier拟合方法,在此基础上,深入分析了液舱晃荡力(矩)及其与液舱运动相位差随相关参数的变化规律;液舱晃荡力(矩)的研究表明晃荡力(矩)幅值和相位差与液舱运动频率存在一一对应的函数关系,为液舱晃荡水动力系数的频域求解提供可行性;将液舱晃荡水动力系数的频域求解方法与船舶运动的频域求解方法相结合,建立了考虑晃荡影响的船舶频域运动方程,并以一艘加载单个液舱的LNG船为例,论证了该方法可行性,通过对比不同工况下的船舶运动响应,说明由于液舱晃荡的存在,船舶的共振频率出现偏移现象,且液舱载况不同,对船舶运动影响也不相同。

关键词：船舶运动液舱晃荡计算流体动力学晃荡荷载

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论旅大油田PSP储油罐设计

中国石油和化工标准与质量 2021年第5期41卷 98-100页

作者：陈涛中海石油(中国)有限公司天津分公司天津300456

在海上石油平台设置容积为13000m3的储油罐,没有明确的、可依据的规范、标准,技术难度大,在国内海洋工程上具有相当挑战性。采取整体用SACS分析,结合局部手工验算的方法,并采用通用有限元软件验证的手段,解决了温度应力对整体平台的分... 详细信息

在海上石油平台设置容积为13000m3的储油罐,没有明确的、可依据的规范、标准,技术难度大,在国内海洋工程上具有相当挑战性。采取整体用SACS分析,结合局部手工验算的方法,并采用通用有限元软件验证的手段,解决了温度应力对整体平台的分布影响。通过用动力学分析软件DATRAN软件对罐体处在不同液面状态下对地震波的响应,对罐体液体压力的分布特点进行了研究,得出了地震液体晃荡放大系数小于1.5的结论,该结论弥补了方型罐体地震验算没有相关规范借鉴的欠缺。为海上平台新型开发模式提供了经验和实例。

关键词：温度应力地震响应在位分析晃荡荷载

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浮式液化天然气液货围护系统的失效模式分析

海洋工程装备与技术 2014年第1期1卷 50-54页

作者：刘婷婷阮诗伦尹江洲岳前进谢彬大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室中海油研究总院

针对浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)中液货围护系统因晃荡引起的结构安全问题,以主流舱型GTT NO96薄膜型液舱围护系统为对象,分别建立了围护系统截面整体和局部有限元模型。采用有限元数值仿真方法系统地分析了准静力加载下液货围护... 详细信息

针对浮式液化天然气生产储卸装置(FLNG)中液货围护系统因晃荡引起的结构安全问题,以主流舱型GTT NO96薄膜型液舱围护系统为对象,分别建立了围护系统截面整体和局部有限元模型。采用有限元数值仿真方法系统地分析了准静力加载下液货围护系统可能的失效模式,得到了不同失效模式下的危险区域及对应的极限荷载,为FLNG液舱围护系统结构安全设计提供参考。结果表明:当前设计中的GTT NO96型液舱的主要失效模式是发生在次层木箱顶板与两层木箱加强挡板交叉点处的强度失效,失效载荷为0.38MPa。

关键词：围护系统失效模式浮式液化天然气生产储卸装置晃荡荷载