海浪对离岸结构的影响

1月前浏览2302

本文由Stress Engineering Services的Anup Paul和Chris Matice提供

离岸平台甲板下的静水空隙是重要的设计参数，并由极端设计条件下所需的最小空隙决定。对于像半潜式平台和张力腿平台这样的结构，预测最小空隙和甲板撞击事件的概率是具有挑战性的。

一个SPAR对12米高的波浪的动态反应

由于气隙设计中必须考虑到与平台腿的相互作用，陡波表现出显著的非线性行为和波幅放大。如果在恶劣环境中出现负气隙，预测由此产生的甲板冲击载荷就变得非常重要。随着石油和天然气生产进入更深的水域，需要浮式结构，并且甲板高度受到重量和稳定性要求的限制。准确预测甲板与自由水面的间隙和甲板冲击载荷对于预测这些结构在恶劣环境下的性能至关重要。

计算流体动力学

计算流体动力学（CFD）方法被广泛应用于各种行业，以研究流体流动和热传递行为。CFD结合流体体积（VOF）模型，可以有效预测离岸平台的空隙和波浪撞击载荷。VOF方法可以准确预测自由液面的形状和非线性波浪行为。对于浮动系统，CFD可以与有限元分析（FEA）相结合，以预测平台在波浪撞击期间的动态和结构反应。

SPAR平台的波浪相互作用

图1为SPAR对10和20米波浪的动态反应。这两个波浪均为20秒的周期，并使用线性波浪边界条件生成。SPAR被建模为质心有6个自由度的刚体。

图2为SPAR质心的垂直位移。

图3为波浪相互作用引起的SPAR的水平力。

图1：SPAR的动态反应

图2：SPAR的垂直位移

图3：SPAR上的水平力

波浪对重力式结构（GBS）的影响

图4为波浪对重力式结构（GBS）甲板的影响。平均水深为151.1米，初始空隙为21.7米。入射波浪高度为40米，周期为17秒。

图5为波浪对顶部甲板的GBS水平和垂直力的影响。

力的急遽增加对应于波浪对GBS前端的初始冲击和对甲板顶部的二次冲击，如图4所示。

图4：波浪对GBS的影响

图5：由于波浪对甲板的冲击而产生的GBS受力历史

使用FLOW-3D HYDRO应对行业挑战 – 鱼道

FLOW-3DHYDRO是一款3DCFD仿真工具，可以高度准确和详细地预测对成功的鱼道设计至关重要的水力条件。上游通道下游通道出入口条件栖息地评估鱼筛屏障设计大坝拆除1.竖缝式鱼道流线模拟鱼道的设计需要适应当地的鱼类，每种鱼类都有对应的水力特性需要设计。FLOW-3DHYDRO可以通过识别关键速度区域来帮助您评估鱼道是否适合所有目标鱼类，如视频左下角所示，在这种情况下突出显示了高速区域。它还可以帮助您检查整个结构中的流动模式，如视频右侧的速度流线所示。FLOW-3DHYDRO内置的这个示例模型以及许多其他示例，使新用户可以快速上手。2.鱼道解决方案FLOW-3DHYDRO强大的自由液面解决方案和易于使用的界面可帮助工程师解决和传达鱼道设计中的复杂性。作为3D建模工具，FLOW-3DHYDRO改进了传统的1D和2D方法，在分析基于项目的设计时具有更高的准确性和灵活性。FLOW-3DHYDRO用户可以对更复杂的水流特征进行建模，并评估鱼类遇到的水力条件，从而为鱼道行业的各个利益相关者提供有价值的见解。FLOW-3DHYDRO使工程师能够：最大限度地减少环境破坏节省重新设计和施工费用确保合规性减少对设施运营的干扰改善可视化和沟通加快设计阶段的进度和时间表3.客户案例研究3.1通过CFD支持鱼类保护在本案例研究中，昆士兰州麦凯的环境服务提供商CatchmentSolutionsLLC与水工程公司和FLOW-3DHYDRO用户、总部位于布里斯班的ForwardHydro密切合作，开发了一种岩石坡道式鱼梯，以支持使用CFD保护鱼类。3.2鱼梯设计在这项研究中，FLOW-3D在设计一种创新的鱼挡板方面发挥了重要作用，该挡板用于恢复失去的河流鱼类栖息地的鱼梯。“FLOW-3DHYDRO让我们可以研究各种设计和水力条件。通过与渔业生态学家合作，我们可以评估创新鱼梯设计的水力性能，并为优化与本地鱼类游泳习性相关的性能提供建议。祝贺CatchmentSolutions成功洄游了本地幼鱼！”——KyleThomson,TechnicalDirectorForwardHydro

有附件