海洋船舶

海洋平台的研发涉及到强度、刚度、疲劳寿命、下水安装及抗风浪等问题。在船舶的研发过程中常涉及到强度、刚度、振动与噪声、抗爆性、疲劳、总体性能、快速性、操纵性与耐波性、稳性等多方面的技术问题。通过高性能仿真技术,结合传统的试验手段,可有效提升研发设计能力,节省产品开发成本,缩短开发周期,提高市场竞争力。

目前,天河工程仿真云已为中海油工程公司设计公司、天津德赛船舶有限公司、天津大学建筑工程学院、上海交大海洋工程国家实验室等企业、高校、研究机构提供高性能仿真计算服务。

 

应用案例:

深水单立柱平台(Spar)的绕流和涡激运动问题研究——上海交通大学

随着离岸深水工程技术的不断发展,Spar平台在深海油气开采中得到了越来越广泛的应用,然而其特殊的结构形式容易引起来流作用下结构后方的旋涡脱落,从而导致绕流与涡激运动。Spar平台的绕流和涡激运动问题研究是目前海洋工程学科的前沿课题,是我国南海油气开采战略中的重要课题,也是国际研究热点。上海交通大学海洋工程实验室,对该问题进行了深入研究,由于研究采用大涡模拟(LES)下的三维仿真,加上计算工况复杂多样,需要大量的计算资源,在一般的PC机上根本无法完成,“天河工程仿真云平台”为该项研究提供了可能。图1为Spar平台在均匀来流下做横向强迫振荡的数值模拟的初步结果。

图1 Spar平台在均匀来流下做横向强迫振荡的数值模拟结果

海上平台烟气扩散CFD仿真分析——中海油工设计公司

海洋平台上排放的高温烟气是影响海上施工作业安全隐患的一个重要因素,快速的温度变化会导致直升飞机操作的危险性增大。通过数值模拟高温烟气扩散,可避免直升机进入高温烟气区域,或者采取措施减少直升飞机操作的危险系数。

中心承担海洋石油工程股份有限公司设计公司海洋平台顶层甲板烟囱排烟扩散分析的项目,项目计算规模大:网格数量:2000万 ;工况复杂:风向、烟气排放控制、燃烧、化学反应;周期长:物理时间步:0.0001s,模拟时间:200s。

图2 钻井平台设计优化

船舶砰击载荷的数值仿真——天津大学建工学院

当船舶在恶劣海况航行时,由于船体与波浪之间的垂向相对运动,船首出水再次入水时会发生砰击。巨大的水动力作用在船首,会引起船体局部结构及整体结构的动响应,严重时甚至造成结构的破损,尤其是在迎浪高速航行时。 

通过利用“天河工程仿真云平台”,天津大学建筑工程学院开展了船舶砰击载荷的数值模拟专题研究。该项专题是国家自然科学基金青年基金项目“加筋板楔形体结构水弹性砰击动响应的流固耦合机理研究”专题之一。通过利用“天河工程仿真云平台”,显著提高了模拟结果的计算精度与计算效率。

图3为二维刚体入水砰击下,模拟0.025s入水砰击过程的砰击射流和压力分布。图4为仿真结果与模型实验结构应力响应结果比较图,由图可知,数值模拟与模型实验的结构应力响应结果在时域上吻合较好。

图3 砰击射流和压力分布仿真结果

图4 仿真与模型实验结构应力响应结果比较

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