近几年来,随着FPSO的发展,FPSO在风浪流等作用下的水动力性能数值预报逐渐成为一个热点问题。我们早期的研究主要是应用了线性势流理论,模拟数值预报FPSO的一阶波浪力与运动。但是,我们忽略了一个很重要的问题,系泊FPSO在不规则波作用下的运动种类很复杂,它不只有与波浪频率相同的一阶运动,而且还包括了长周期的二阶水平面漂移运动。因为系统水平回复力较小,自然频率很低,水动力阻尼也很小,所以在频率相近的二阶波浪力作用下容易发生共振[2],从而FPSO在水平面运动的幅度会很大,会产生十分大的系泊力。这种大幅度的低频慢漂运动与系泊力是系泊系统中设计的关键[3],怎样做到准确预报,这非常重要重要。
首先,我们要先求得波浪慢漂力和波浪慢漂阻尼的二次函数。从Pinkstcr第一次创造性的提出求解二阶波浪慢漂力的压力积分法起,有关系泊浮体二阶波浪力的研究就一直引起了大量学者的研究兴趣。迄今为止,压力积分法依然在海洋工程中被广泛的应用,它的主要应用原理为沿浮体湿表面进行压力积分,然后求得作用在浮体上的二阶波浪力的二次传递函数(QTF)。
然后,我们还需要考虑FPSO与系泊系统之间存在的相互作用的动力。Wichers首次创立了非耦合的时域模拟方法,也就是在FPSO的运动方程中引入准静定计算得到的系泊链的刚度曲线,它就像一个没有质量的非线性弹簧,忽略了系泊链的惯性、流载荷和阻尼等动态特性的影响[4],通过计算,我们求出了浮体运动的相关参数,接着再对系泊缆的动力行为进行独立的计算。大量理论和实验研究都揭示了这样一个事实:系泊链的动态特性在深水环境时对浮体运动的影响是显著的,而且随着水深增大,影响更加明显。所以,这种非耦合分析方法的精确性会随着水深的增加而降低。近年来,FPSO在深水海域被应用的越来越多,因此我们要发展完全耦合的水动力时域数值分析模型。Wichers和Dcvlin发展了全耦合时域数值模型,研究了深水系泊链对运动和系泊力的耦合影响[5]。Hcurticr和Carrctt等同样对深水FPSO和系泊链的全耦合时域计算和非耦合计算结果进行了分析和比较,得到了类似的结论。
在水动力响应的研究方面,Inouc和Scif第一次研究了FPSO的运动响应问题,他们考虑了靠泊连接的非线性作用力,开发了时域模拟方法,并讨论了与频域结果的差异[6]。然后,Inouc和Islam又全面的考虑FPSO的水动力的作用以及旁靠系泊连接的非线性,建立了多浮体系统运动和相对运动的频域和时域数值分析方法[7]。Buchner等也发展了FPSO的水动力时域数值模拟程序,并对多物体绕射分析、水平面内的相对粘性阻尼、完整延迟函数矩阵等进行了研究分析[8]。
随着对海上油气田的进一步开采,FPSO的应用将会更加普遍,我国从单纯设计、建造更大储油能力的结构来讲是没有问题的,但是现在来说,我们还没有整体设计FPSO的实践,因而独立设计大型油轮的能力还比不上国外的先进水平。
总的来说,国内对于FPSO的研究实例还不多,仍存在许多的问题需要解决。