Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Elektronik

Simulering af kræfterne induceret på cylindre af havstrømme kunne hjælpe med udformningen af ​​off-shore platforme

Modellering af hvirvler i en havstrøm omkring to cylindre kan hjælpe marine-offshore-ingeniører med at designe bedre stigrør. Kredit:A*STAR Institute of High Performance Computing

A*STAR-forskere har udviklet en model, der kan simulere de komplicerede kræfter, der udøves af strømmende vand på en række cylindre, der understøtter vandbårne strukturer såsom olieplatforme. Arbejdet demonstrerer anvendeligheden af ​​numeriske simuleringer til at undersøge komplekse fysiske scenarier i den virkelige verden.

Når man designer en off-shore platform, ingeniører skal være i stand til at forudsige, hvordan det vil blive påvirket af bevægelsen af ​​det omgivende havvand. Som cylindriske strukturer såsom varmevekslere, skorstensrør og stigrør, er almindeligvis indsat på det punkt, hvor platformene kommer ind i havet, det er afgørende at forstå de kræfter, der udøves på dem af strømmende vand under varierende havforhold.

Vand, der flyder rundt om en enkelt cylinder, skaber oscillerende hvirvler - hvirvlende vandstrømme. Denne såkaldte hvirvelafgivelse kan forårsage vibrationer i strukturen. Disse når typisk en maksimal amplitude, når strømningshastigheden er sådan, at den hvirvelafgivende oscillationsfrekvens er tæt på strukturens naturlige mekaniske frekvens; dette er også kendt som indlåsningsfrekvensen.

Imidlertid, i tilfælde af flere tæt anbragte cylindre, interaktioner mellem strømmene omkring tilstødende cylindre skaber også vibrationer. Påvirkningen af ​​disse wake-inducerede vibrationer er dårligt forstået, og der er endnu ikke udviklet en sammenhængende teori for dem.

Nu, Vinh-Tan Nguyen, Wai Hong Ronald Chan og Hoang Huy Nguyen fra A*STAR Institute of High Performance Computing har brugt en beregningsmæssig væskedynamiktilgang til at modellere wake-inducerede vibrationer under forskellige strømningsforhold.

Holdet bruger en numerisk model for væske-struktur interaktioner, som tager højde for de koblede virkninger af hvirvler på strukturresponser og omvendt. De testede pålideligheden af ​​deres tilgang ved at sammenligne den numeriske forudsigelse med resultaterne af to nyere eksperimentelle undersøgelser. Aftalen var rimelig god, og simuleringen var i stand til at forudsige den empiriske observation, at øget strømningshastighed fører til vibrationer med højere amplitude. Især i modsætning til tilfældet med en enkelt cylinder, responsamplituden forbliver stor, når strømningshastigheden stiger, selv væk fra indlåsningsfrekvensen. Dette fænomen er et problem for stigrør udsat i dybhavsforhold i et tandem-arrangement.

"Vi arbejder på en bedre forståelse af disse fænomener fra et mere detaljeret væskedynamisk perspektiv, " siger Vinh-Tan Nguyen. "I sidste ende vil vi gerne karakterisere denne adfærd fuldt ud og give et effektivt værktøj til ingeniører til bedre at designe stigrør og offshore-strukturer under lignende forhold."


Varme artikler