This paper is concerned with the comparative numerical and experimental study on the natural behavior and the motion responses of a 1/75 moored scale model of a 2.5 MW spar-type floating offshore wind turbine subject to 1-D regular wave. Heave, pitch and surge motions and the mooring tensions are investigated and compared by numerical and experimental methods. The upper part of wind turbine which is composed of three rotor blades, hub and nacelle is modeled as a lumped mass and three mooring lines are pre-tensioned by means of linear springs. The numerical simulations are carried out by a coupled FEM-cable dynamics code, while the experiments are performed in a wave tank equipped with the specially-designed vision and data acquisition system. Using the both methods, the natural behavior and the motion responses in RAOs are compared and parametrically investigated to the fairlead position, the spring constant and the location of mass center of platform. It is confirmed, from the comparison, that both methods show a good agreement for all the test cases. And, it is observed that the mooring tension is influenced by all three parameters but the platform motion is dominated by the location of mass center. In addition, from the sensitivity analysis of RAOs, the coupling characteristic of platform motions and the sensitivities to the mooring parameters are investigated.
An experimental study on the reduction of vertical motion of floating body using floating-submerged body interaction was performed in a two-dimensional wave channel. The system consisting of a floating and submerged body that only move vertically was modeled. This experiment was designed based on the results of theoretical analysis of two-body interaction. The results showed a tendency to significant reduction of heave RAO of floating body due to submerged body. Various connection line stiffness and dimension of the submerged body were applied to investigate the effect of two-body interaction on the vertical motion of the bodies, Heave RAOs of the floating-submerged body were compared with those of single body. From the comparison study, we obtained an optimum condition of connection line and dimension of submerged body for maximum heave reduction at the resonant period of single body.
최근 탄소 저감에 대한 요구가 증가함에 따라 전 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고, 신재생 에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 신재생 에너지를 활용한 발전 방식 중, 부유식 해상풍력발전기는 설치제약이 적으며, 대규모 단지 구성이 수월한 장점이 있다. 부유식 해상풍력발전기의 파랑 중 운동응답 해석은 초기 설계 단계에서 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구는 부유식 해상풍력발전기 중반잠수식 해상풍력발전기에 대하여 종경사각에 따른 주파수 영역에서의 운동 해석을 수행하고, 종경사각에 따른 운동 특성에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 운동응답 분석은 6자유도 운동 중 Heave, Roll, Pitch에 대하여 수행하였다. 고유 주기 분석을 수행하여, 종경사각의 변화가 Heave, Pitch 운동은 유의미한 변화를 나타내진 않았지만, Roll 운동은 규칙적으로 변화함을 확인하였다.
Dong-Hee Choi;Jae-Min Jeon;Min-Ju Maeng;Jeong-Hyeon Kim;Bo Woo Nam
Ocean Systems Engineering
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제14권3호
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pp.277-299
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2024
In this study, the wave-induced motion responses of modular floating structures (MFS) was investigated through a series of experiments in a two-dimensional wave tank. A 1:63 scale model test was conducted using a 1-by-2 modular floating structure consisting of two modules and connectors. Two different types of connectors were considered: a pitch-free hinge and rigid connector. The numerical analysis was performed based on the higher-order boundary element method (HOBEM) and wave Green function with potential flow theory. First, the heave and pitch RAOs of the modules from the regular wave tests were directly compared with numerical analysis results. Next, the motion spectra and their statistical values from the irregular wave tests were compared with the numerical analysis results. The study revealed that the sheltering effect of the weather side module led to a reduction in motion of the lee side module. The numerical analysis showed good agreement with the experimental data, demonstrating the validity of the numerical method. Additionally, the rigid connector, which strongly constrain all six degrees of freedom, significantly reduce pitch motion, making the modules behave as a single rigid body.
Hydrodynamic analyses of classic and truss spar platforms for floating offshore wind turbines (FOWTs) were performed in the frequency domain, by considering coupling effects of the structure and its mooring system. Based on the Morison equation and Diffraction theory, different wave loads over various frequency ranges and underlying hydrodynamic equations were calculated. Then, Response Amplitude Operators (RAOs) of 6 DOF motions were obtained through the coupled hydrodynamic frequency domain analysis of classic and truss spar-type FOWTs. Truss spar platform had better heave motion performance and less weight than classic spar, while the hydrostatic stability did not show much difference between the two spar platforms.
This paper introduces a unified theory for the radiation problem of adjacent multiple floating bodies. The particular case of interest is the multiple slender bodies that their centerlines are parallel. The infinite-and finite-depth unified theories for the single-body problem are extended to solve each sub-problem of multiple bodies. The present method is valid for deep water and moderate water depth, and applicable for individually floating bodies as well as multimaran-type vehicles. For the validation of the present method, the heave and pitch hydrodynamic coefficients for two adjacent ships are compared with the results of a three-dimensional method, and an excellent agreement is shown. The application includes the hydrodynamic coefficients and motion RAOs of four trimarans which have different longitudinal and transverse arrangements for sidehulls.
Steel Catenary Risers (SCR) are the simplest and often the most economic solution compared to other riser types such as flexible pipe, riser towers, top tensioned risers, etc. The top of a SCR is connected to the host platform riser porch. The other end of the SCR connects to flowlines from subsea wells. The riser touchdown point (TDP), which is the location along the riser where contact with the sea floor first occurs, exhibits complex behaviors and often results in compression and fatigue related issues. Heave dynamic responses of semisubmersibles in extreme and operating sea states are crucial for feasibility of SCR application. Recent full field measurement results of a deep draft semisubmersible in Hurricane Gustav displayed the considerable discrepancies in heave responses characteristics between the measured and the simulated results. The adequacy and accuracy of the simulated results from recognized commercial software should be examined. This finding raised the awareness of shortcomings of current commercial software and potential risk in mega investment loss and environmental pollutions due to SCR failures. One main objective of this paper is to attempt to assess the importance and necessity of accounting for viscous effects during design and analysis by employing indicator of viscous parameter. Since viscous effects increase with nearly third power of significant wave height, thus newly increased metocean criteria per API in central Gulf of Mexico (GoM) and even more severe environmental conditions in Western Australia (WA) call for fundamental enhancements of the existing analysis tools to ensure reliable and robust design. Furthermore, another aim of this paper is to address the impacts of metocean criteria and design philosophy on semisubmersible hull sizing in WA and GoM.
Kim, Yoo-Chul;Kim, Kwang-Soo;Kim, Jin;Kim, Yoonsik;Park, Il-Ryong;Jang, Young-Hun
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권6호
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pp.641-654
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2017
The KVLCC2 and its modified hull form were investigated in regular head waves using Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) methods. The modified KVLCC2 (named KWP-bow KVLCC2) is designed for reducing wave reflection from the bow. Firstly, the original KVLCC2 is studied for verification of the present code and methodology and the computed time history of total resistance and 2DOF motions (heave and pitch) for the selected two wave length conditions are directly compared with the results obtained from KRISO towing tank experiment under the identical condition. The predicted added resistance, heave and pitch motion RAOs show relatively good agreement with the experimental results. Secondly, the comparison of performance in waves between KVLCC2 and KWP-bow KVLCC2 is carried out. We confirmed that newly designed hull form shows better performances in all the range of wave length conditions through both the computation and the experiment. The present URANS method can capture the difference of performance in waves of the two hull forms without any special treatment for short wave length conditions. It can be identified that KWP-bow KVLCC2 gives about 8% of energy saving in sea state 5 condition.
Brizzolara, Stefano;Bonfiglio, Luca;Medeiros, Joao Seixas De
Ocean Systems Engineering
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제3권3호
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pp.219-236
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2013
The accurate prediction of motion in waves of a marine vehicle is essential to assess the maximum sea state vs. operational requirements. This is particularly true for small crafts, such as Autonomous Surface Vessels (ASV). Two different numerical methods to predict motions of a SWATH-ASV are considered: an inviscid strip theory initially developed at MIT for catamarans and then adapted for SWATHs and new a hybrid strip theory, based on the numerical solution of the radiation forces by an unsteady viscous, non-linear free surface flow solver. Motion predictions obtained by the viscous flow method are critically discussed against those obtained by potential flow strip theory. Effects of viscosity are analyzed by comparison of sectional added mass and damping calculated at different frequencies and for different sections, RAOs and motions response in irregular waves at zero speed. Some relevant conclusions can be drawn from this study: influence of viscosity is definitely non negligible for SWATH vessels like the one presented: amplitude of the pitch and heave motions predicted at the resonance frequency differ of 20% respectively and 50%; in this respect, the hybrid method with fully non-linear, viscous free surface calculation of the radiation forces turns out to be a very valuable tool to improve the accuracy of traditional strip theories, without the burden of long computational times requested by fully viscous time domain three dimensional simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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