A*STAR-forskare har utvecklat en modell som kan simulera de komplicerade krafter som utövas av strömmande vatten på en rad cylindrar som stöder vattenburna strukturer som oljeriggar. Arbetet visar användbarheten av numeriska simuleringar för att undersöka komplexa fysiska verkliga scenarier.

När du konstruerar en off-shore plattform, ingenjörer måste kunna förutsäga hur det kommer att påverkas av rörelsen i det omgivande havsvattnet. Som cylindriska strukturer som värmeväxlare, skorstensstackar och stigerör, används vanligtvis vid den punkt där plattformarna kommer in i havet, Det är viktigt att förstå krafterna som utövas på dem genom att rinna vatten under olika havsförhållanden.

Vatten som flyter runt en enda cylinder skapar oscillerande virvlar - virvlande vattenströmmar. Denna så kallade virvelavlossning kan orsaka vibrationer i strukturen. Dessa når typiskt en maximal amplitud när flödeshastigheten är sådan att den virvelskridande oscillationsfrekvensen är nära strukturens naturliga mekaniska frekvens; detta är också känt som inlåsningsfrekvensen.

Dock, i fallet med flera cylindrar med nära åtskillnad, växelverkan mellan flödena kring intilliggande cylindrar skapar också vibrationer. Påverkan av dessa vakningsinducerade vibrationer är dåligt förstått, och en sammanhängande teori för dem har ännu inte utvecklats.

Nu, Vinh-Tan Nguyen, Wai Hong Ronald Chan och Hoang Huy Nguyen från A*STAR Institute of High Performance Computing har använt en beräkningsmetod för vätskedynamik för att modellera väckningsinducerade vibrationer under olika flödesförhållanden.

Teamet använder en numerisk modell för vätske-struktur-interaktioner, som tar hänsyn till virvlarnas kopplade effekter på struktursvar och vice versa. De testade tillförlitligheten i deras tillvägagångssätt genom att jämföra den numeriska förutsägelsen med resultaten från två senaste experimentella studier. Avtalet var ganska bra, och simuleringen kunde förutsäga den empiriska observationen att ökad flödeshastighet leder till högre amplitudvibrationer. I synnerhet, till skillnad från i fallet med en cylinder, svarsamplituden förblir stor när flödeshastigheten ökar, även bort från låsfrekvensen. Detta fenomen är ett problem för stigare som är utplacerade i djuphavsförhållanden i ett tandemarrangemang.

"Vi arbetar med en bättre förståelse av dessa fenomen från ett mer detaljerat flytande dynamiskt perspektiv, "säger Vinh-Tan Nguyen." I slutändan skulle vi vilja karaktärisera detta beteende fullt ut och tillhandahålla ett effektivt verktyg för ingenjörer för att bättre utforma stigare och offshore-strukturer under liknande förhållanden. "