1.1工程背景

FPSO即Floating Production Storage and Offloading，中文是海上浮式生产储运系统。FPSO是对开采的石油进行油气分离、处理含油污水、动力发电、供热、原油产品的储存和运输，集人员居住与生产指挥系统于一体的综合性的大型海上石油生产基地。与其他形式石油生产平台相比，FPSO具有抗风浪能力强、适应水深范围广、储/卸油能力大，以及可转移、重复使用的优点，广泛适合于远离海岸的深海、浅海海域及边际油田的开发，已成为海上油气田开发的主流生产方式。

当船舶在恶劣的海况中航行时，船体与波浪之间产生的大幅度相对运动将导致大量水体涌上甲板，形成甲板上浪（green water on deck），此时快速流动的水体会对甲板上的设备、货物和上层建筑等产生巨大的冲击从而造成破坏。更为严重的是对于高速航行状态下的船舶，甲板上浪甚至可能导致船舶的倾覆。普通的船舶可以通过改变航向或减小航速等方法减小或避免甲板上浪所产生的危害。而对于长期定位或系泊于某些海域中进行作业的FPSO(浮式生产储运系统)不能采用与普通船舶类似的措施减小或避免甲板上浪所产生的危害。FPSO的甲板上浪属于强非线性的波浪和结构物相互作用的问题。

1.2研究的意义

通过FPSO甲板上浪的数值模拟研究，可以为分析甲板上浪现象,研究波浪在甲板上流动以及对上层建筑物的冲击，优化船体设计提供数据基础，从而减少甲板上浪现象对fpso的危害

1.3国内外研究现状

Buchner在挪威的 MARINTEK水池进行了一系列的 FPSO上浪试验。试验分别在规则和不规则波中进行，水深为 150m。试验中分别研究了船体与波浪之间的非线性相对运动，海水涌上甲板过程的物理机制以及作用在甲板结构上的冲击载荷等，并对上浪的水流速度、高度、冲击载荷与船首形状之间的关系进行了研究。

试验结果表明，船首形状以及外飘角的大小对于甲板上浪水的流动有着较大的影响。随着船首外飘角的增大，水流速度也随之增大，但水层的高度则会随着外飘角的增大而减小。因此，上浪载荷与船首形状之间存在着较为复杂的关系。此外，在一定范围内，甲板上浪水层的高度H与船体首柱处的干舷超量 h0之间存在着线性的关系，水流冲上甲板时的速度则与干舷超出量h0的平方根成正比，这一点与溃坝理论所得到的结论也是一致的。此外，从甲板上层建筑所受的冲击载荷来看，上浪载荷与甲板上的水层高度H成正比以及水流冲上甲板的速度U的平方成正比，上浪载荷与干舷超出量 ho的平方成正比。

Stanberg和 Karlsen也在 MARINTEK水池中对一艘 FPSO上浪载荷的情况进行了试验。FPSO严重上浪时，上浪水越过甲板和舷墙，直接入射到甲板室上。这种最严重的上浪总是在船遇到大而陡峭的波浪(即所谓的奇异波 )，并且船首垂向运动达到最大时发生。这种大而陡峭的波浪所带来的非线性效应会使得波峰提高，水质点运动速度加快，从而增加上浪的概率。如果对线性波理论进行二阶修正的话，那么相对于百年一遇的海况来说，这样的二阶修正会使波浪的极端峰值提高 15％，其自由面的速度则会提高 30％ ～40％。此外，通过对甲板室所受的上浪载荷进行测量发现，上浪载荷与甲板上的水层高度大致成正比，并且极端冲击载荷总是集中在极短的时间内(0．1～0．2s)。船首舷墙处所受的上浪载荷则要比甲板室所受的载荷更大，并且发生的时间也更短。

在国内，朱仁传等针对无舱盖船舶。将洪水波理论与越浪理论或溃坝理论相结合，对越过船舶舱口栏板进入船舱的海水量进行了计算。计算中通过洪水波理论先求得甲板上的水层高度，再利用越浪理论计算进入船舱的水量，由此可以得到上浪对于船舶稳性的影响。最后他还通过模型试验对理论计算进行了验证。