بررسی تاثیر فاصله بین دو استوانه شناور و ثابت بر روی نیروهای هیدرودینامیکی ناشی از تفرق موج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی عمران-گرایش مهندسی آب و سازه‌های هیدرولیکی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

2 استادیار دانشکده‌ فنی و مهندسی، گروه مهندسی عمران، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل

3 استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علوم دریایی امام خمینی (ره)، نوشهر

چکیده

وجود یک جسم در مقابل امواج پیشرونده، بسته به ابعاد جسم در مقایسه با طول موج می‌تواند موجب تغییر در پروفیل موج برخوردشونده به سازه و تفرق آن گردد. موج متفرق‌شده نیز به نوبه خود نیروهای مرتبه اول و مرتبه دوم به جسم قرار گرفته در پشت جسم اول وارد می‌کند. در این مقاله ابتدا نتایج بدست آمده حاصل از شبیه‌سازی عددی یک سکوی استوانه‌ای شکل با داده‌های تجربی مقایسه گردید. سپس برای بررسی اندرکنش دو سازه شناور، با قرار دادن دو استوانه ثابت و شناور در مقابل امواج استوکس مرتبه دوم به بررسی تاثیر تغییر فاصله بین این استوانه‌ها برای بدست آوردن نیروهای وارد بر استوانه شناور پرداخته شده است. همچنین در یک فاصله ثابت تاثیر افزایش شعاع استوانه شناور بر روی نیروهای دریفت و تفرق وارد شده بر استوانه شناور مورد ارزیابی قرار گرفته است. تحلیل عددی با استفاده از نرم افزار المان مرزی آکوا انسیس بر پایه تئوری تفرق انتشار سه بعدی در حوزه فرکانس انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان داد که با افزایش فاصله استوانه شناور از استوانه ثابت، نیروی تفرق کاهش یافته و بیشینه این نیرو در فرکانس‌های بالاتر اتفاق می-افتد. همچنین در فرکانس‌های پایین‌تر نیروی دریفت کمتری به استوانه شناور وارد می‌گردد که با افزایش فرکانس موج این نیرو افزایش می‌یابد. در نهایت با بررسی تاثیر افزایش شعاع استوانه شناور می‌توان مشاهده نمود که هر چه شعاع استوانه افزایش یابد، مقادیر نیروی دریفت و تفرق وارد بر استوانه شناور با نرخ بیشتری افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the effect of distance between floating and fixed cylinders on hydrodynamics forces induced by wave diffraction

نویسندگان [English]

  • Sina Ghanbarynamin 1
  • Atabak Feizi 2
  • Abolfath Askarian khoob 3
1 Department of Civil and Environmental Engineering/Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Assistant professor, Technical and Engineering Faculty, Department of Civil Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 IranianNavy
چکیده [English]

The existence of a hull body against progressive waves could change the profile of the wave hitting the structure depending on the dimensions of the hull compared to the wavelength. The diffraction wave applies the first and second order forces on the body behind the first body. In this paper, the results obtained from numerical simulations of a cylindrical platform were compared with experimental data. Then, to examine the interaction between two floating structures, by placing two fixed and floating cylinders in front of the second-order Stokes wave, the effect of changing the distance between these cylinders is addressed to obtain the forces applied on the floating cylinder. Numerical analysis in the frequency domain is performed using the boundary element software in ANSYS-AQWA based on the 3D diffraction/radiation theory. According to the results achieved from AQWA, it can be concluded that by increasing the distance between the floating cylinder and the fixed cylinder, the diffraction force decreases and the maximum of this force occurs at higher frequencies. Moreover, at lower frequencies, less drift force is applied to the floating cylinder. Eventually, the drift force increase with the increasing wave frequency. By examining the effect of increasing the radius of the floating cylinder, it can be seen that as the cylinder radius increases, the amount of drainage force and the dispersion of the floating cylinder increases with a higher rate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Floating structure interaction
  • second order hydrodynamic forces
  • drift force
  • 3D diffraction/radiation theory
  • Second-order stokes wave
[1] Pinkster Ja. "Low Frequency Second Order Wave Exciting Forces On Floating Structures", 1980.
[2] Goodman Tr. "Forces On A Hovering Slender Body Of Revolution Submerged Under Waves Of Moderate Wavelength", Ocean Research Equipment Inc Vineyard Haven Ma, 1962.
[3] Dalzell J, Kim C-H. "Analytical Investigation Of The Quadratic Frequency Response For Added Resistance", Stevens Inst Of Tech Hoboken Nj Davidson Lab, 1976.
[4] Pinkster J, "Low Frequency Second Order Wave Forces On Vessels Moored At Sea", Proc 11th Symp Naval Hydrodyn, 1976.
[5] Pijfers J, Brink A, "Calculated Drift Forces Of Two Semisubmersible Platform Types In Regular And Irregular Waves", Offshore Technology Conference; 1977.
[6] Petrauskas C, Liu Sv. "Springing Force Response Of A Tension Leg Platform" Inoffshore Technology Conference 1987 Jan 1.
[7] Taylor Re, Kernot Mp. "On Second Order Wave Loading And Response In Irregular Seas" Inadvances In Coastal And Ocean Engineering, Pp. 155-212, 1999.
[8] Lighthill Mj. "Waves And Hydrodynamic Loading. Inproceedings Of The 2nd International Conference On The Behaviour Of Offshore Structures", Boss 79, 1979 1979. Bhra.
[9] Molin B. "Second-Order Diffraction Loads Upon Three-Dimensional Bodies. Applied Ocean Research", Oct 1;1(4):197-202, 1979.
[10] Taylor Re. "Second Order Diffraction Force On A Vertical Cylinder In Regular Waves", Applied Ocean Research., 9:19-30, 1987.
[11] Kim Mh, Yue Dk. "The Complete Second-Order Diffraction Solution For An Axisymmetric Body Part 2. Bichromatic Incident Waves And Body Motions", Journal Of Fluid Mechanics, Feb;211:557-93, 1999.
[12] Chau Fp, Taylor Re. "Second-Order Wave Diffraction By A Vertical Cylinder", Journal Of Fluid Mechanics, Jul;240:571-99, 1999.
[13] Huang Jb, Taylor Re. "Semi-Analytical Solution For Second-Order Wave Diffraction By A Truncated Circular Cylinder In Monochromatic Waves", Journal Of Fluid Mechanics, Jul;319:171-96, 1996.
[14] Teng B, Kato S. "A Method For Second-Order Diffraction Potential From An Axisymmetric Body", Ocean Engineering, Dec 1;26(12):1359-87, 1999.
[15] Vazquez Jh. "Hydrodynamic Loads On Offshore Structures In Bichromatic Bidirectional Seas, 1291-1291, 1997.
[16] Renaud M, Rezende F, Waals O, Chen Xb, Van Dijk R. "Second-Order Wave Loads On A Lng Carrier In Multi-Directional Waves" Inasme 2008 27th International Conference On Offshore Mechanics And Arctic Engineering, Pp. 363-370, 2008.
[17] Barltrop Nd. "Floating Structures: A Guide For Design And Analysis", Oilfield Pubns Inc; 1998.
[18] Chen X-B, "The Set-Down In The Second-Order Stokes’ Waves", International Conference On Hydrodynamics, Italy, 2006.
[19] Newman Jn. The Theory Of Ship Motions. Advances In Applied Mechanics. 18: Elsevier, P. 221-83, 1979.
[20] Havelock Th. "Waves Due To A Floating Sphere Making Periodic Heaving Oscillations" Proc R Soc Lond A. 1955;231(1184):1-7.
[21] Kreyszig E. "Advanced Engineering Mathematics: John Wiley & Sons" 2010.
[22] Newman Jt. "The Drift Force And Moment On Ships In Waves", Jsr,11(1), 1967.
[23] Saad Ac, Joao Lv, Loureiro Rr, De Brandao R, Lopes C, Gioppo Hl, "Motion Behaviour Of The Mono-Column", Fpso Sevan Piranema In Brazilian Waters, Offshore Technology Conference.