极地海洋平台结构结冰数值预报及安全分析方法研究

There is a high risk of icing accumulation to polar offshore platforms due to the particular geographic location and climate condition. The icing problems of polar offshore platforms are facing the challenge of icing numerical prediction and safety analysis which considering the structural type. Therefore, this project adopted the Eular multiphase flow equation, drop impact balance equation and model test method which all considering the structural type to establish icing mathematical model; the structures and environmental characteristics of different parts of polar offshore platforms are considered, the numerical prediction method are set up; the icing distribution and severity of polar offshore platforms are obtained by the numerical prediction; at last, the load calculation, failure and stability of polar offshore platforms which covered ice are put forward. On the basis of it, the project will provide the numerical prediction and safety analysis method as the theoretical basis and technical support for the design of polar offshore platforms.

由于北极特殊的地理位置和气候条件，极地海洋平台结构极易发生结冰现象，对海洋平台结构的安全造成极大的威胁。当前针对极地海洋平台结构结冰问题的研究，还面临着考虑构件类型的平台结构结冰数值预报以及结冰结构安全分析等挑战性工作。本项目拟考虑结构构件的特点，采用Eular多相流方程和水滴撞击平衡方程以及模型试验建立结冰数学模型；计及平台不同部位结构环境特征，建立平台结构的结冰数值预报方法；最后开展结冰条件下的结构载荷计算、结构失效以及整体稳性分析。基于以上研究，建立一套极地海洋平台结构结冰的数值预报方法及依据结冰分布和严重程度的安全分析方法，为极地海洋平台的设计提供理论依据和技术支持。

极地海洋平台结构极易发生结冰现象，对结构物的安全造成极大的威胁。但是对于极地/寒区结构物结冰机理及预报方法等关键基础问题的研究还很薄弱，制约了我国极地/寒区结构物的抗结冰设计能力的提升以及除/防冰措施技术的发展。.本项目针对极地海洋平台结冰的数值预报及安全分析等问题开展了研究，考虑极地海洋平台结构构件的特点，主要完成了1）建立了海洋平台整体流场数值分析方法；2）建立了适用于杆件、板架以及叶片等典型构件的结冰数值预报方法，设计了低温实验室的结构构件结冰模型试验设施并建立了相应的试验方法和测试方法；分析了极地海洋平台结构结冰的环境条件及积冰物理成因；3）建立了过冷液滴撞击构件表面的冻结数值模拟方法；4）建立了结冰条件下海洋平台典型结构的安全性分析方法。.在该项目支撑下，发表了论文SCI/EI论文13篇，SCD核心论文8篇（第一标注）。申请专利5项；获得中国造船工程学会优秀学术论文1项；培养硕士研究生7人。项目研究成果可为极地/寒区海洋平台/船舶/浮式风机等的设计及除防冰的相关研究提供理论依据和技术支撑。