Este documento resume um estudo experimental sobre o movimento induzido por vórtices (VIM) em uma plataforma semi-submersível (SS). O objetivo do estudo foi identificar a ocorrência ou não de VIM em SS sob diversas condições de aproamento, presença de ondas e nível de amortecimento. O estudo variou parâmetros como aproamento, amortecimento e calado e analisou os resultados de movimento transversal, no plano XY e de yaw. Os resultados preliminares mostraram que o VIM ocorre principalmente entre 5 < V
VIV em cilindros com baixarazão de aspecto e pequena razão de massaRodolfo Gonçalves
Seminário apresentado ao Departamento de Engenharia Naval e Oceânica da EPUSP. O trabalho apresenta os principais resultados obtidos até a data da apresentação sobre o VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Esses resultados fizeram parte da tese de doutorado do autor da apresentação.
Estudo Experimental do Balanço TransversalJoão Baltazar
No presente trabalho estuda-se o balanço transversal de um navio sujeito a estados de mar regulares por través. Para representar o momento de amortecimento, utilizou-se uma formulação do tipo linear mais quadrático. O momento de restituição foi representado por um polinómio impar do quinto grau.
São apresentados os resultados numéricos da equação não-linear do movimento de balanço para um navio graneleiro. Paralelamente foi desenvolvido um programa experimental onde um modelo do navio graneleiro à escala 1:100 foi testado em tanque de ensaios. Para o cálculo do amortecimento foram realizados uma série de testes de extinção para vários ângulos iniciais.
Experiments regarding vortex-induced vibration on floating circular cylinders with low aspect ratio were carried out in a recirculation water channel. The floating circular cylinders were elastic supported by a set of linear springs to provide low structural damping on the system. Eight different aspect ratios were tested, namely 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 and 2.0. These aspect ratios were selected to cover the aspect ratio range of the main offshore circular platforms, such as spar and monocolumn. The aims were understanding the VIM of such platforms; due to this, the cylinders were floating, or . The range of Reynolds number covered 2,800 < Re < 55,400. The amplitude results showed a decrease in amplitude with decreasing aspect ratio in both directions. The frequency results confirm a different behavior for cylinders with ; in these cases, the cylinder free-end effects were predominant. The resonant behavior was no longer observed for . The decrease in Strouhal number with decreasing aspect ratio is also verified. All the results presented here complement the work presented previously for stationary circular cylinder with low aspect ratio presented by Gonçalves et al. (2013), Experimental Study on Flow around Circular Cylinders with Low Aspect Ratio, OMAE2013-10454.
Vibrações Induzidas pela Emissão de Vórtices em Cilindros com Baixa Razão de ...Rodolfo Gonçalves
O aumento das ocorrências de VIM em plataformas flutuantes do tipo “spar” e monocoluna serviu de motivação para a investigação dos fundamentos do fenômeno de VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Tal investigação também foi motivada pela necessidade de se preencher lacunas de conhecimento a respeito deste assunto, articularmente por conta da escassa disponibilidade de resultados acerca do VIV em cilindros curtos, bem como pela ausência de modelo fluido que justifique os comportamentos dinâmicos conhecidos. Para o entendimento pretendido, três grupos de experimentos com cilindros dotados de razão de aspecto na faixa 0,1≤L/D≤2,0 foram realizados em um canal de água circulante na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, sendo: o primeiro grupo focado nos cilindros curtos estacionários; o segundo nos cilindros curtos de baixa razão de massa, 1,00≤m^*≤4,36, e dois graus de liberdade; e o grupo final interessado no VIV em cilindros flutuantes, ou seja, razão de massa unitária e seis graus de liberdade. De uma maneira geral, a partir dos resultados aqui obtidos e das comparações com os resultados respectivamente encontrados na literatura, conclui-se que o VIV em cilindros curtos somente acontece se L/D>0,2. Além de original, a determinação deste valor crítico também identificou outras três regiões com comportamentos fluido-dinâmicos distintos, cada qual marcada por especificidades quanto aos impactos nas amplitudes, frequências e coeficientes de força. Assim sendo, para cilindros com L/D>2,0 a esteira de von Kármán foi a principal responsável pelas forças sustentação; fato não identificado para os cilindros com 0,5<l /><2,0,><L/D≤0,5, apenas estas últimas estruturas foram responsáveis pelas oscilações de VIV. Finalmente, buscando compreender a origem das forças oscilatórias em cilindros com baixíssima razão de aspecto, “end-plates” foram aplicadas e confirmaram que o fenômeno de VIV nestes casos está relacionado à liberação de vórtices junto à extremidade livre, o que indica uma solução interessante para a mitigação do VIM de plataformas.
OMAE2013-10454: Experimental Study on Flow Around Circular Cylinders with Low...Rodolfo Gonçalves
Experiments were carried out in a recirculating water channel regarding the flow around stationary circular cylinders with low aspect ratio piercing the water free surface. Eight different aspect ratios were tested, namely L/D= 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 and 2.0; this range corresponds to aspect ratio related to circular offshore systems, such as spar and monocolumn platforms. Force was measured using a six degree-of-freedom load cell and Strouhal number is inferred through the transverse force fluctuation frequency. The range of Reynolds number covers 10,000 < Re < 50,000. PIV measurements were performed in some aspect ratio cases, namely 0.3, 0.5, 1.0 and 2.0 for Reynolds number equal to 43,000. The results showed a decrease in drag force coefficients with decreasing aspect ratio, as well as a decrease in Strouhal number with decreasing aspect ratio. The PIV showed the existence of an arch-type vortex originated in the cylinder free end.
ISOPE2012-TPC145: Vortex-Induced Yaw Motion (VIY) of a Large-Volume Semi-Subm...Rodolfo Gonçalves
Vortex-Induced Yaw Motion (VIY) was studied experimentally on a large-volume semi-submersible platform considering four different current incidence angles, 0, 15, 30 and 45 degrees. The results showed a synchronization range of reduced velocities from 6 up to 8, this one defined by means of the yaw natural motion period in still water. The maximum angular amplitude of yaw was approximately 5 degrees, verified for the 0 degree incidence. This periodic yaw motion of large amplitudes, together with the well known translational motions, named Vortex-Induced Motion (VIM), may contribute negatively to the fatigue life of mooring lines and risers; therefore, this new modality of yaw synchronization should be taken into account during the design of semi-submersible platforms. Furthermore, the effects of the lower draft condition and damping on this new type of synchronization were addressed, showing they are important for the model tests because they contribute to decreasing the yaw amplitudes.
The Numerical Offshore Tank - TPN was idealized to work through a cooperative approach. In its new infrastructure, TPN has a high performance cluster of 50 TeraFLOPS, which runs an integrated and multitask set of analytical models and numerical tools for a wide diversity of operational conditions of new offshore and naval architecture projects. In addition, TPN has an hydrodynamic basin, with active wave absorption, specifically dedicated to generate experimental results for comparison purpose and, in specific cases, for validation of design hypothesis and, eventually, new analytical models.
TPN is a research laboratory specialized in linking academic knowledge and ships and offshore industry needs.
Numerical and experimental work developed by over 40 people and spin-off companies in:
•Model testing.
•Ships and offshore hydrodynamics and stability.
•Risers and mooring.
•Manoeuvring and DP.
•Offshore operations and installations.
•Development of in-house analysis software.
•3D visualization.
•Simulations.
OMAE2009-79380: Mitigation of Vortex-Induced Motions of a Monocolumn PlatformRodolfo Gonçalves
A great deal of works has been developed on the Spar VIM issue. There are, however, very few published works concerning VIM of monocolumn platforms, partly due to the fact that the concept is fairly recent and the first unit was only installed last year. In this context, the present paper presents a meticulous study on VIM for this type of platform concept. Model test experiments were performed to check the influence of many factors on VIM, such as different headings, wave/current coexistence, different drafts, suppression elements, and the presence of risers. The results of the experiments presented here are inline and cross-flow motion amplitudes, ratios of actual oscillation and natural periods, and motions in the XY plane. This is, therefore, a very extensive and important data set for comparisons and validations of theoretical and numerical models for VIM prediction.
OMAE2009-79378: Vortex-Induced Motion of a Monocolumn Platform: New Analysis ...Rodolfo Gonçalves
This presentation presents a new analysis and a comparison of results obtained from Vortex-Induced Motion (VIM) model tests of the MonoGoM platform, a floating unit designed for the Gulf of Mexico. The choice of scale between the model and the platform in which the tests took place was a very important issue that took into account the basin dimensions and mooring design. The tests were performed in three different basins: the IPT Towing Tank in Brazil (September 2005), the NMRI Model Ship Experimental Towing Tank in Japan (March 2007) and the NMRI Experimental Tank in Japan (June 2008. The objective of this work is to discuss the most relevant issues regarding the concept, execution and procedures to analyze comparatively the results obtained from model tests. The approach employed in the tests was designed to build a reliable data set for comparison with theoretical and numerical models for VIM prediction, especially that of Monocolumn platforms.
OMAE2009-79431: A Phenomenological Model for Vortex-Induced Motions of the Mo...Rodolfo Gonçalves
Vortex-Induced Motions (VIM) of floating structures is a very relevant subject for the design of mooring and riser systems. In the design phase, Spar VIM behavior as well as Semi Submersible and Tension Leg Platform (TLP) flow-induced motions are studied and evaluated. This paper discusses flow-induced behavior on the Monocolumn concept by presenting a phenomenological model and comparing its results with a set of experiments that took place in the IPT Towing Tank - Brazil (September 2008). The experimental results have shown some fundamental differences from previous VIM tests on other units such as Spars. This numerical model attempts to identify these disparities in order to better understand the mechanics of this phenomenon.
The model is based on a time-domain, two degree-of-freedom structural model coupled with a van der Pol type wake oscillator. The comparison was performed in order to calibrate the model, to study and better understand the tests results, and finally to identify important aspects to investigate in further experiments.
OMAE2011-4910: Experimental Study on Vortex-Induced Motions (VIM) of a Large-...Rodolfo Gonçalves
A great deal of work has been developed on the spar and monocolumn vortex-induced motion (VIM) issue. However, there are very few published works concerning VIM of semi-submersible platforms, partly due to the fact that VIM studies for this type of platform recently became interesting particularly due to the increasing semi-submersible dimensions (columns diameter and height. In this context, a meticulous experimental study on VIM for this type of platform concept is presented here. Model test experiments were performed to check the influence of many factors on VIM, such as different headings and hull appendages. The results comply with in-line, cross-flow and yaw motion amplitudes, as well as with combined motions in the XY plane.
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VIV em cilindros com baixarazão de aspecto e pequena razão de massaRodolfo Gonçalves
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Estudo Experimental do Balanço TransversalJoão Baltazar
No presente trabalho estuda-se o balanço transversal de um navio sujeito a estados de mar regulares por través. Para representar o momento de amortecimento, utilizou-se uma formulação do tipo linear mais quadrático. O momento de restituição foi representado por um polinómio impar do quinto grau.
São apresentados os resultados numéricos da equação não-linear do movimento de balanço para um navio graneleiro. Paralelamente foi desenvolvido um programa experimental onde um modelo do navio graneleiro à escala 1:100 foi testado em tanque de ensaios. Para o cálculo do amortecimento foram realizados uma série de testes de extinção para vários ângulos iniciais.
Experiments regarding vortex-induced vibration on floating circular cylinders with low aspect ratio were carried out in a recirculation water channel. The floating circular cylinders were elastic supported by a set of linear springs to provide low structural damping on the system. Eight different aspect ratios were tested, namely 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 and 2.0. These aspect ratios were selected to cover the aspect ratio range of the main offshore circular platforms, such as spar and monocolumn. The aims were understanding the VIM of such platforms; due to this, the cylinders were floating, or . The range of Reynolds number covered 2,800 < Re < 55,400. The amplitude results showed a decrease in amplitude with decreasing aspect ratio in both directions. The frequency results confirm a different behavior for cylinders with ; in these cases, the cylinder free-end effects were predominant. The resonant behavior was no longer observed for . The decrease in Strouhal number with decreasing aspect ratio is also verified. All the results presented here complement the work presented previously for stationary circular cylinder with low aspect ratio presented by Gonçalves et al. (2013), Experimental Study on Flow around Circular Cylinders with Low Aspect Ratio, OMAE2013-10454.
Vibrações Induzidas pela Emissão de Vórtices em Cilindros com Baixa Razão de ...Rodolfo Gonçalves
O aumento das ocorrências de VIM em plataformas flutuantes do tipo “spar” e monocoluna serviu de motivação para a investigação dos fundamentos do fenômeno de VIV em cilindros com baixa razão de aspecto e pequena razão de massa. Tal investigação também foi motivada pela necessidade de se preencher lacunas de conhecimento a respeito deste assunto, articularmente por conta da escassa disponibilidade de resultados acerca do VIV em cilindros curtos, bem como pela ausência de modelo fluido que justifique os comportamentos dinâmicos conhecidos. Para o entendimento pretendido, três grupos de experimentos com cilindros dotados de razão de aspecto na faixa 0,1≤L/D≤2,0 foram realizados em um canal de água circulante na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, sendo: o primeiro grupo focado nos cilindros curtos estacionários; o segundo nos cilindros curtos de baixa razão de massa, 1,00≤m^*≤4,36, e dois graus de liberdade; e o grupo final interessado no VIV em cilindros flutuantes, ou seja, razão de massa unitária e seis graus de liberdade. De uma maneira geral, a partir dos resultados aqui obtidos e das comparações com os resultados respectivamente encontrados na literatura, conclui-se que o VIV em cilindros curtos somente acontece se L/D>0,2. Além de original, a determinação deste valor crítico também identificou outras três regiões com comportamentos fluido-dinâmicos distintos, cada qual marcada por especificidades quanto aos impactos nas amplitudes, frequências e coeficientes de força. Assim sendo, para cilindros com L/D>2,0 a esteira de von Kármán foi a principal responsável pelas forças sustentação; fato não identificado para os cilindros com 0,5<l /><2,0,><L/D≤0,5, apenas estas últimas estruturas foram responsáveis pelas oscilações de VIV. Finalmente, buscando compreender a origem das forças oscilatórias em cilindros com baixíssima razão de aspecto, “end-plates” foram aplicadas e confirmaram que o fenômeno de VIV nestes casos está relacionado à liberação de vórtices junto à extremidade livre, o que indica uma solução interessante para a mitigação do VIM de plataformas.
OMAE2013-10454: Experimental Study on Flow Around Circular Cylinders with Low...Rodolfo Gonçalves
Experiments were carried out in a recirculating water channel regarding the flow around stationary circular cylinders with low aspect ratio piercing the water free surface. Eight different aspect ratios were tested, namely L/D= 0.1, 0.2, 0.3, 0.5, 0.75, 1.0, 1.5 and 2.0; this range corresponds to aspect ratio related to circular offshore systems, such as spar and monocolumn platforms. Force was measured using a six degree-of-freedom load cell and Strouhal number is inferred through the transverse force fluctuation frequency. The range of Reynolds number covers 10,000 < Re < 50,000. PIV measurements were performed in some aspect ratio cases, namely 0.3, 0.5, 1.0 and 2.0 for Reynolds number equal to 43,000. The results showed a decrease in drag force coefficients with decreasing aspect ratio, as well as a decrease in Strouhal number with decreasing aspect ratio. The PIV showed the existence of an arch-type vortex originated in the cylinder free end.
ISOPE2012-TPC145: Vortex-Induced Yaw Motion (VIY) of a Large-Volume Semi-Subm...Rodolfo Gonçalves
Vortex-Induced Yaw Motion (VIY) was studied experimentally on a large-volume semi-submersible platform considering four different current incidence angles, 0, 15, 30 and 45 degrees. The results showed a synchronization range of reduced velocities from 6 up to 8, this one defined by means of the yaw natural motion period in still water. The maximum angular amplitude of yaw was approximately 5 degrees, verified for the 0 degree incidence. This periodic yaw motion of large amplitudes, together with the well known translational motions, named Vortex-Induced Motion (VIM), may contribute negatively to the fatigue life of mooring lines and risers; therefore, this new modality of yaw synchronization should be taken into account during the design of semi-submersible platforms. Furthermore, the effects of the lower draft condition and damping on this new type of synchronization were addressed, showing they are important for the model tests because they contribute to decreasing the yaw amplitudes.
The Numerical Offshore Tank - TPN was idealized to work through a cooperative approach. In its new infrastructure, TPN has a high performance cluster of 50 TeraFLOPS, which runs an integrated and multitask set of analytical models and numerical tools for a wide diversity of operational conditions of new offshore and naval architecture projects. In addition, TPN has an hydrodynamic basin, with active wave absorption, specifically dedicated to generate experimental results for comparison purpose and, in specific cases, for validation of design hypothesis and, eventually, new analytical models.
TPN is a research laboratory specialized in linking academic knowledge and ships and offshore industry needs.
Numerical and experimental work developed by over 40 people and spin-off companies in:
•Model testing.
•Ships and offshore hydrodynamics and stability.
•Risers and mooring.
•Manoeuvring and DP.
•Offshore operations and installations.
•Development of in-house analysis software.
•3D visualization.
•Simulations.
OMAE2009-79380: Mitigation of Vortex-Induced Motions of a Monocolumn PlatformRodolfo Gonçalves
A great deal of works has been developed on the Spar VIM issue. There are, however, very few published works concerning VIM of monocolumn platforms, partly due to the fact that the concept is fairly recent and the first unit was only installed last year. In this context, the present paper presents a meticulous study on VIM for this type of platform concept. Model test experiments were performed to check the influence of many factors on VIM, such as different headings, wave/current coexistence, different drafts, suppression elements, and the presence of risers. The results of the experiments presented here are inline and cross-flow motion amplitudes, ratios of actual oscillation and natural periods, and motions in the XY plane. This is, therefore, a very extensive and important data set for comparisons and validations of theoretical and numerical models for VIM prediction.
OMAE2009-79378: Vortex-Induced Motion of a Monocolumn Platform: New Analysis ...Rodolfo Gonçalves
This presentation presents a new analysis and a comparison of results obtained from Vortex-Induced Motion (VIM) model tests of the MonoGoM platform, a floating unit designed for the Gulf of Mexico. The choice of scale between the model and the platform in which the tests took place was a very important issue that took into account the basin dimensions and mooring design. The tests were performed in three different basins: the IPT Towing Tank in Brazil (September 2005), the NMRI Model Ship Experimental Towing Tank in Japan (March 2007) and the NMRI Experimental Tank in Japan (June 2008. The objective of this work is to discuss the most relevant issues regarding the concept, execution and procedures to analyze comparatively the results obtained from model tests. The approach employed in the tests was designed to build a reliable data set for comparison with theoretical and numerical models for VIM prediction, especially that of Monocolumn platforms.
OMAE2009-79431: A Phenomenological Model for Vortex-Induced Motions of the Mo...Rodolfo Gonçalves
Vortex-Induced Motions (VIM) of floating structures is a very relevant subject for the design of mooring and riser systems. In the design phase, Spar VIM behavior as well as Semi Submersible and Tension Leg Platform (TLP) flow-induced motions are studied and evaluated. This paper discusses flow-induced behavior on the Monocolumn concept by presenting a phenomenological model and comparing its results with a set of experiments that took place in the IPT Towing Tank - Brazil (September 2008). The experimental results have shown some fundamental differences from previous VIM tests on other units such as Spars. This numerical model attempts to identify these disparities in order to better understand the mechanics of this phenomenon.
The model is based on a time-domain, two degree-of-freedom structural model coupled with a van der Pol type wake oscillator. The comparison was performed in order to calibrate the model, to study and better understand the tests results, and finally to identify important aspects to investigate in further experiments.
OMAE2011-4910: Experimental Study on Vortex-Induced Motions (VIM) of a Large-...Rodolfo Gonçalves
A great deal of work has been developed on the spar and monocolumn vortex-induced motion (VIM) issue. However, there are very few published works concerning VIM of semi-submersible platforms, partly due to the fact that VIM studies for this type of platform recently became interesting particularly due to the increasing semi-submersible dimensions (columns diameter and height. In this context, a meticulous experimental study on VIM for this type of platform concept is presented here. Model test experiments were performed to check the influence of many factors on VIM, such as different headings and hull appendages. The results comply with in-line, cross-flow and yaw motion amplitudes, as well as with combined motions in the XY plane.
OMAE2011-4910: Experimental Study on Vortex-Induced Motions (VIM) of a Large-...
Estudo Experimental do Movimento Induzido por Vórtices (VIM) em Plataforma Semissubmersível
1. Estudo Experimental do
Movimento Induzido por Vórtices (VIM)
em Plataforma Semi-Submersível
Eng. Rodolfo Trentin Gonçalves
Orientador: Prof. Dr. André L. C. Fujarra
Outubro | 2011
2. Pontos a serem abordados
• Objetivos
• Introdução e motivação
– VIM em spar
– VIM em monocolunas
– VIM em SS
• Infra-estrutura e materiais
• Matriz de ensaio
• Resultados e discussão
–
–
–
–
Movimento transversal
Movimentos no plano XY
Movimento de yaw
Análise espectral
• Conclusões
• Pontos futuros a serem abordados
2
3. Objetivo
• Objetivos da investigação:
– Identificar ocorrência ou não de VIM em
SS para:
• Condições diversas de aproamento e calado;
• Presença ou não de ondas;
• Nível extra de amortecimento;
– Colher parâmetros de amplitude e
frequência de movimentos e de excitação;
3
4. Introdução
•
VIV é usualmente estudado para
cilindros rígidos e flexíveis com
grande razão de aspecto (L/D), por
exemplo no estudo de risers em
plataformas offshore
Analytical
VIV VIM
Numerical
•
Experimental
VIV on:
Risers flexíveis
Steel Catenary Risers
Umbilicais
VIM on:
Plataformas spar
Plataformas monocoluna
Plataformas semi-submersíveis
VIM é estudado em corpos
rígidos com baixa razão de
aspecto (L/D), por exemplo em
plataformas do tipo spar e
monocolunas
7. Motivação para Estudo
• Existência no Golfo do
México das
Loop/Eddy
Currents;
• Plataformas do tipo
Spar são plataformas
que apresentam um
longo corpo cilíndrico;
• Devido as grandes
amplitudes oscilatórias
é motivo de estudo
para o projeto de
risers e sistemas de
amarração.
7
8. Motivação para Estudo
• Amplitudes na ordem
de 1 diâmetro;
• Acoplamento dos
movimentos in-line e
transversal: 8-shape;
• Razão de aspecto mais
baixas, L/D<0.5;
• Influência da
condição de calado;
• Ondas de superfície
impactam no VIM.
90
1000
120
60
800
600
150
30
400
200
180
0
210
330
240
300
270
8
9. Motivação para Estudo
• Dimensões das novas
plataformas SS
aumentaram;
• Maiores lâminas d’água;
• Maiores períodos naturais
no plano horizontal;
• Amplitudes de movimento
transversal na ordem da
dimensão das colunas;
• As colunas interferem na
geração da esteira de
vórtices;
• Movimentos oscilatórios de
yaw.
9
11. Infra-estrutura e Materiais
• Tanque de Reboque do IPT
– Tanque de grande
comprimento (~200m)
• Garante níveis baixíssimos de
turbulência;
• Garante maior tempo de
ensaio para que o fenômeno
de VIM se pronuncie;
– Ensaios com velocidades
constantes de deslocamento
do carro dinamométrico;
– Rampa de aceleração suave;
– Período de estabilização da
velocidade antes da coleta de
dados;
11
12. Infra-estrutura e Materiais
• O modelo da SS
– Escala 1:100;
– Representação dos
principais apêndices
hidrodinâmicos:
• Suporte de risers
nos pontoons;
• Faileads e trechos de
amarras nas
colunas;
• Hardpipes nas faces
internas das colunas.
12
13. Infra-estrutura e Materiais
• O modelo da SS
(1:100)
– Dispositivo auxiliar de
amarração
• Extremidades das
amarras fixadas ao aro
circunscrito às colunas;
• Ganho de tempo entre
ensaios;
– Amarração
• Quatro molas lineares
emersas;
• Buscam semelhança
com a restauração
equivalente ao
aproamento mais
suscetível ao fenômeno
de VIM (45°);
13
14. Infra-estrutura e Materiais
• Instrumentação
– Monitoração da
velocidade de
correnteza,
deslocamentos no
plano horizontal e
forças nas amarras;
– Deslocamentos:
rastreamento por
imagens
• Moderno, preciso e
não intrusivo;
14
15. Matriz de Ensaios
1 – Variação de
aproamento
2 – Efeito do
amortecimento
3 - Efeito de
ondas
4 - Efeito do
calado
15
17. Velocidade Reduzida
• A definição da velocidade reduzida depende
do ângulo de incidência da correnteza
U
Y
y
x
Ɵ
X
• O adimensional possibilita a correção para os
aproamentos e restaurações do caso real
17
18. Amplitude Caracaterística de
Movimento
• A amplitude característica
de movimento é
adimensionalizada pelo
lado da coluna (L)
•
•
•
450
0.04
400
0.035
350
0.03
300
A
Frequency
Utilização da metodologia de
análise através de HilbertHuang Transform para
obtenção da amplitude
característica de movimento
Ideal para a análise de
sistemas não-lineares e/ou
não-estacionários
VIM é um fenômeno nãoestacionário fruto de um
sistema não-linear
Espectro de Hilbert:
frequência x amplitude x
tempo
500
0.045
0.025
250
0.02
200
0.015
150
0.01
100
0.005
50
0
0
50
100
150
200
Time [s]
250
300
350
0.3
0.25
X/D
•
Hilbert-Huang Spectrum
0.05
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0
Traditional Analysis
HHT Analysis
20
40
60
80
100
120
Sample Size [peaks]
18
25. Movimento no plano XY
• O movimento principal é na direção da
diagonal da SS, com exceção do 0 grau;
• Não verifica-se movimento coordenado
acima de Vr = 10, com exceção do 0 grau;
• O pico do movimento transversal ocorre
em Vr = 10 para 0 grau, já para os outros
ângulos o pico acontece em
aproximadamente Vr = 7;
• Experimentos com array de cilindros
mostram um St menor para 0 grau, o que
responderia uma sincronização tardia.
25
30. VIY (Vortex-Induced Yaw)
5
4.5
4
0 degree
15 degrees
30 degrees
45 degrees
180 degrees
195 degrees
210 degrees
225 degrees
Yaw [degree]
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
•
•
0
5
10
Reduced Velocity (V r6)
15
Ajuste da velocidade reduzida
utilizando a frequência
natural de yaw;
Comportamento semelhante
ao VIV;
20
• Outros autores disseram
que o fenômeno poderia
ser um galloping. Este
comportamento não foi
verificado nestes ensaios;
• Nova denominação VIY
(Vortex-Induced Yaw);
30
31. Forças
2.5
Drag Coefficient (CD)
2
0 degree
15 degrees
30 degrees
45 degrees
180 degrees
195 degrees
210 degrees
225 degrees
1.5
1
0.5
0
0
1.2
5
10
Reduced Velocity (V r)
15
20
Lift Coefficient (CL)
1
0 degree
15 degrees
30 degrees
45 degrees
180 degrees
195 degrees
210 degrees
225 degrees
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
5
10
Reduced Velocity (V r)
15
• Coeficientes de forças
adimensionalizados
pela área projetada a
0 grau;
• Máximos do
coeficiente de
sustentação em Vr
aproximadamente 6,
com exceção de 0 e
180 graus.
20
31
32. Resultados com amortecimento
externo
Amplitude na Direção Transversal (L=Lado da Coluna=19.8m)
0.50
0.45
Amplitude Característica (Ay/L)
0.40
0.35
0.30
45 degree
0.25
Damping 1
0.20
Damping 2
0.15
•
0.10
0.05
0.00
0.00
2.00
4.00
6.00
12.00
10.00
8.00
Velocidade Reduzida (Vr)
14.00
16.00
18.00
20.00
Os resultados de
VIM diminuem
com o aumento
do
amortecimento.
32
33. Resultados com mudança de
calado
•
Calado de projeto
34 m
•
Calado de
transporte 16 m
•
Não existe VIM
para a condição de
calado menor. A
razão de aspecto
submersa das
colunas é muito
baixa.
Amplitude na Direção Transversal (L=Lado da Coluna=19.8m)
0.5
0.45
Amplitude Característica (Ay/L)
0.4
0.35
0.3
45 degree
0.25
45 Degree Low Draft
0 degree
0.2
0 degree Low Draft
0.15
0.1
0.05
0
0
2
4
6
12
10
8
Velocidade Reduzida (Vr)
14
16
18
20
33
34. Conclusões
• O VIM existe e deve ser
considerado no projeto
de uma plataforma SS;
• Amplitudes de
movimento transversal
na ordem de 0.5 L com
incidência de 45 graus;
• Movimentos de yaw com
amplitudes de até 5
graus para incidência de
0 grau;
• Os apêndices
hidrodinâmicos
influenciam nas
amplitudes de VIM, na
maneira que podem
perturbar a esteira de
vórtices;
• O VIM diminui em muito
com a diminuição do
calado (ou seja, da
razão de aspecto da
parte submersa das
colunas)
• A inclusão de
amortecimento externo
diminui o VIM.
34
35. Próximos Passos
• Como a presença concomitante de ondas e
correnteza influencia o VIM?
• Qual é o procedimento para considerar o VIM +
ondas no projeto de um sistema offshore?
PRELIMINARY RESULTS
Regular waves
Sea conditions