【正文】 學(xué)科前沿講座 一、海洋工程學(xué)科的戰(zhàn)略地位 海洋面積大約占地球表面積的 70％，水量約占地球上總水量的 97%左右，蘊(yùn)藏豐富的資源，具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。面對(duì)目前世界人口急劇膨脹、陸地資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化這三大問題，人類把未來發(fā)展的希望寄托于尚未得到充分開發(fā)的海洋。世界各國紛紛將開發(fā)海洋、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)和海洋產(chǎn)業(yè)作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措，并把 21世紀(jì)稱為海洋資源開發(fā)的新世紀(jì)。 目前人類開發(fā)的海洋資源主要包括：油氣資源，空間資源，礦產(chǎn)資源，生物資源，綠色能源，旅游資源等。 我國海洋戰(zhàn)略發(fā)展的三大目標(biāo)： 2023年前：逐步拓展到全部領(lǐng)海和經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)； 2030年前后，逐步拓展到西太平洋和印度洋； 2050年前后，拓展到全球公海 。 我國的大陸岸線長 18000多千米，加上島嶼岸線 14000千米，海岸線總長居世界第四，大陸架面積 130萬平方千米，位居世界第五， 200海里水域面積 200～ 300萬平方千米，居世界第十。開發(fā)海洋已經(jīng)形成了多產(chǎn)業(yè)組成的海洋經(jīng)濟(jì)體系，海洋資源的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和利用，對(duì)于我國的長期可持續(xù)發(fā)展，具有越來越重要的戰(zhàn)略意義。 海洋工程學(xué)科的技術(shù)支撐作用：支撐 海洋開發(fā)裝備的研制、開發(fā)及技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。 裝備：深海油氣資源勘探、開發(fā)、施工、運(yùn)輸?shù)鹊暮Ｑ蠊こ檀笮脱b備、深海工程裝備、用以資源運(yùn)輸、海洋空間利用和開發(fā)支持的新型船舶和浮體。 海洋工程學(xué)科的核心任務(wù)： 是針對(duì)海洋資源開發(fā)、利用、保護(hù)中的重大工程技術(shù)開展研究，解決關(guān)鍵科學(xué)問題，并從應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，更深層次地揭示海洋工程中的客觀現(xiàn)象和規(guī)律，促進(jìn)海洋工程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，使海洋工程的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)在國家海洋開發(fā)的重大工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用。 海洋工程學(xué)科的戰(zhàn)略地位體現(xiàn)在三個(gè)方面： （ 1）支撐海洋油氣資源開發(fā)、維護(hù)國家能源安全 我國擁有 300萬平方公里海疆，油氣資源十分豐富。其中南海探明的油氣資源大約為 400億噸。 我國深海技術(shù)落后，與國外差距很大，不具備深海裝備的研究制造安裝能力。 （ 2）為船舶工業(yè)提供關(guān)鍵技術(shù)支持 海洋工程科學(xué)研究的成果最終將通過船舶工業(yè)轉(zhuǎn)化為具體的大型裝備和生產(chǎn)力。其研發(fā)的海洋工程開發(fā)裝備等是船舶工業(yè)的重要高端產(chǎn)品之一。 （ 3）為國防安全保障作出貢獻(xiàn) 研究中的美國海軍移動(dòng)基地 (VLFS) 英尺3507504500 ??捍衛(wèi)國家主權(quán)尊嚴(yán)、海洋權(quán)益和資源、維護(hù)領(lǐng)土完整。 1）南海石油被盜采 2）海上運(yùn)輸通道：馬六甲海峽 3）南海海洋權(quán)益受到侵犯和挑戰(zhàn) 4）祖國尚未統(tǒng)一 “奧德賽”號(hào)發(fā)射平臺(tái)，由鉆井平臺(tái)改裝的發(fā)射場，航行速度 22公里 /小時(shí)?！皧W德賽”的頂部甲板長 131米 ,寬67米 ,排水量 3萬噸 。進(jìn)入發(fā)射位置后 ,浮筒中灌入大量海水 ,排水量也會(huì)達(dá)到 ,可以確保發(fā)射時(shí)的穩(wěn)定性。 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 海洋油氣資源開發(fā)、海洋空間利用、船舶與海洋工程制造工程實(shí)際提出了一系列的重大科學(xué)技術(shù)問題： （ 1）海洋資源開發(fā)裝備 ● 新概念海洋工程結(jié)構(gòu)物研究開發(fā)技術(shù) 新概念海洋平臺(tái)開發(fā)；邊際油田開發(fā)技術(shù)；新型特種海上工作船研制關(guān)鍵技術(shù)；天然氣水合物勘探開發(fā)技術(shù)；海上風(fēng)能、波浪能、潮汐能、溫差能等新型海洋能源利用技術(shù)與裝備；海水、礦產(chǎn)、生物等海洋資源利用技術(shù)與裝備開發(fā)；超大型浮式海洋結(jié)構(gòu)物、超大型儲(chǔ)油裝置等。 圖 半潛式風(fēng)電基礎(chǔ) 波浪發(fā)電裝置 五萬噸級(jí)渤海友誼號(hào) FPSO 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 ● 深海平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù) 新概念深海平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、立柱式平臺(tái)（ SPAR）、張力腿平臺(tái)（ TLP）、深海平臺(tái)定位系統(tǒng)和立管系統(tǒng)、深海平臺(tái)海上運(yùn)輸與安裝關(guān)鍵技術(shù)。 半潛式平臺(tái) 張力腿平臺(tái) 立柱式平臺(tái)（ SPAR） 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 ● 浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油系統(tǒng)（ FPSO）關(guān)鍵技術(shù) 新型 FPSO、單點(diǎn)系泊系統(tǒng)、淺水 FPSO系統(tǒng)、新型 FLNG系統(tǒng)、新型FDPSO系統(tǒng)、 FPSO/FLNG柔性連接輸油系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。 ● 深海裝備的海上安裝技術(shù) 海上運(yùn)輸或拖航、平臺(tái)主體安裝、平臺(tái)上部模塊安裝、深海系泊系統(tǒng)安裝、立管系統(tǒng)安裝、水下生產(chǎn)系統(tǒng)安裝關(guān)鍵技術(shù)等。 Spar濕拖運(yùn)輸 TLP與 FPSO聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng) 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 （ 2）海洋管線與立管 ● 海洋管線與立管設(shè)計(jì)技術(shù) 海洋管線、立管的設(shè)計(jì)技術(shù)；海洋管線和立管在油氣生產(chǎn)輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)；海洋管線和立管在鉆探系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)等。 ● 海洋管線與立管所受環(huán)境載荷 海洋流和波浪對(duì)管線和立管的非線性載荷作用；水面結(jié)構(gòu)物與管線和立管的耦合運(yùn)動(dòng)效應(yīng)；海底環(huán)境對(duì)管線和立管的非線性載荷作用；極端海洋環(huán)境條件下管線和立管所受環(huán)境載荷分析等。 ● 立管系統(tǒng)安裝 墨西哥灣水下立管布置 照光處為吸油裝置 采油立管 TLP立管 (3)系泊系統(tǒng) ● 單點(diǎn)系泊系統(tǒng) 單點(diǎn)系泊系統(tǒng)與立管布置形式的設(shè)計(jì)；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問題；轉(zhuǎn)塔位置對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的影響；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水平回復(fù)特性的研究；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水平運(yùn)動(dòng)慢漂阻尼的研究； ● 深海多點(diǎn)系泊系統(tǒng) 深海系泊系統(tǒng)阻尼、動(dòng)載荷等動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理；深海錨泊定位與動(dòng)力定位等不同定位模式間的配合；深海系泊系統(tǒng)形式的選擇與布置形式；深海系泊纜組成成分與材料的確定；深海內(nèi)波、極大波等非線性海洋環(huán)境載荷對(duì)系泊系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)特性的影響等。 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 Spread mooring 單點(diǎn)系泊 深海平臺(tái)系泊 二、海洋工程的前沿技術(shù)問題 (4)水下工程與技術(shù) 本研究方向主要分為潛水器、深海空間站等。 ● 潛水器前沿技術(shù) 研究新概念潛水器和水下作業(yè)方法、潛水器總體和集成技術(shù)與方法、水下航行和推進(jìn) 的流體動(dòng)力分析和優(yōu)化、潛水器特種材料和結(jié)構(gòu)、深水遠(yuǎn)距離動(dòng)力和信息傳輸、深水布放回收技術(shù)及其關(guān)鍵過程機(jī)理研究、海洋環(huán)境潛水器動(dòng)力學(xué)和操縱控制、水下定位、環(huán)境感知和人工智能等。 ● 深?？臻g站 研究深?？臻g站頂層設(shè)計(jì)與總體優(yōu)化技術(shù)、深?？臻g站超大潛深結(jié)構(gòu)技術(shù)、深?？臻g站水動(dòng)力性能優(yōu)化與綜合預(yù)報(bào)技術(shù)、深?？臻g站潛器搭載與收放技術(shù)、深海空間站站載系統(tǒng)等。 三、海洋工程學(xué)科的前沿學(xué)術(shù)問題 極限海洋環(huán)境及其與結(jié)構(gòu)物相互作用研究 在海洋運(yùn)輸和海洋開發(fā)工程中，極限海洋環(huán)境把握十分重要。該方面的研究主要包括： （ 1）極限海洋環(huán)境的數(shù)理描述； （ 2）極限海洋環(huán)境與結(jié)構(gòu)物的作用機(jī)理； （ 3）復(fù)雜海洋水聲環(huán)境效應(yīng)規(guī)律。 （ 1）強(qiáng)非線性水波的相互作用和干擾； （ 2）強(qiáng)非線性水波、風(fēng)、非均勻流與海洋工程結(jié)構(gòu)物的相互作用； （ 3）船舶與海洋浮體非線性響應(yīng)的機(jī)理與預(yù)報(bào)方法。 理論研究的精細(xì)化、工程實(shí)際應(yīng)用的精度要求，使非線性動(dòng)力研究一直是、未來一段時(shí)間也將是船舶與海洋工程研究者的最關(guān)心問題之一。該方面的研究主要包括： 非線性水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)物非線性動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理與數(shù)值方法研究 三、海洋工程學(xué)科的前沿學(xué)術(shù)問題 基于 CFD的數(shù)值模擬理論與方法研究 計(jì)算水動(dòng)力學(xué)已成為開展船舶與海洋工程結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力性能研究的重要手段，該方面的研究主要包括： （ 1）波 流 結(jié)構(gòu)物相互作用問題的數(shù)值模擬； （ 2）深海水動(dòng)力學(xué)問題的數(shù)值模擬； （ 3）船舶與海洋工程數(shù)值水池仿真實(shí)驗(yàn)室研究； （ 4）全尺度船舶與海洋結(jié)構(gòu)物復(fù)雜流動(dòng)問題的大規(guī)模并行數(shù)值計(jì)算仿真 。 海洋結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度與可靠性研究 （ 1）船舶與海洋結(jié)構(gòu)物極限承載能力 ； （ 2）海洋結(jié)構(gòu)物全壽命周期分析設(shè)計(jì)方法； （ 3）新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與設(shè)計(jì) ； （ 4）基于可靠性和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的結(jié)構(gòu)分析方法 . 四、海洋工程領(lǐng)域的前沿研究方向 船舶與海洋工程水動(dòng)學(xué)領(lǐng)域 船舶與海洋工程水動(dòng)力學(xué)是研究海洋平臺(tái)（航行體 /結(jié)構(gòu)物）在復(fù)雜海洋環(huán)境條件下的流動(dòng)現(xiàn)象、預(yù)報(bào)和控制海洋平臺(tái)的非線性／動(dòng)態(tài)載荷與響應(yīng)的基礎(chǔ)性研究科學(xué)，是流體動(dòng)力學(xué)的重要分支領(lǐng)域。 1）強(qiáng)非線性水波、風(fēng)、非均勻流與海洋工程結(jié)構(gòu)物的相互作用。 2）深水極端非線性海洋環(huán)境，以及淺水非線性海洋環(huán)境的研究； 3）船舶與海洋浮體整體非線性響應(yīng)的機(jī)理與預(yù)報(bào)方法，包括：三維非線性水彈性與擊振、參數(shù)型橫搖運(yùn)動(dòng)的時(shí)域分析、極限運(yùn)動(dòng)與傾覆分析、液艙晃蕩與船舶運(yùn)動(dòng)非線性耦合分析、超大型 FPSO淺水效應(yīng)以及多浮體水動(dòng)力性能研究等。 4）船舶局部強(qiáng)非線性流動(dòng)和響應(yīng)預(yù)報(bào)理論，包括艏艉砰擊載荷、甲板上浪及其載荷、液艙晃蕩載荷、深海平臺(tái)波浪爬升等。 5）船舶與海洋浮體非線性響應(yīng)試驗(yàn)技術(shù)的研究，包括非線性海洋環(huán)境的模擬技術(shù)，船舶與海洋浮體整體與局部非線性響應(yīng)的測試技術(shù)等。 四、海洋工程領(lǐng)域的前沿研究方向 （ CFD） 1）波 流 結(jié)構(gòu)物相互作用問題的數(shù)值模擬，包括小尺度問題 (如海洋平臺(tái)立柱，錨鏈，系泊系統(tǒng) )和大尺度問題 (如人工島，海上機(jī)場，儲(chǔ)油罐 )的波流場數(shù)值模擬和水動(dòng)力特性的計(jì)算。 2）深海水動(dòng)力學(xué)