Flow Analysis around a Offshore Structure and Managed Ice Floes for Arctic Resource Development

北极资源开发的近海结构周围的流动分析和管理浮冰

• 批准号: 21K14364
• 负责人: 長谷川 賢太
• 金额: $ 3万
• 依托单位: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14364/
• 关键词: 極地工学; 海氷; 小氷盤群; 氷荷重; 移動境界流れ; 極域工学; 海洋構造物; 個気液三相流; DEM-LBM連成解析

北極圏には石油や天然ガスといった資源が豊富に存在しており，氷海域における資源開発も行われている．海洋資源開発のための構造物は，大小の氷盤群と干渉して力を受けるが，着底式の構造物とは異なり，今後さらなる使用が期待される浮体式構造物では過度な動揺がパイプラインや係留系に損傷を及ぼし事故につながる．また，安全性評価においては構造物に作用する荷重に加えて構造物の動揺も評価することが求められ，動揺に伴う流場の変化やそれに基づく氷盤の挙動を精度良く推定し，構造物に作用する荷重を評価することが重要となる．そこで本研究では，流場を介した浮体動揺と氷盤挙動の相互干渉影響を明らかにすることを目的として，離散要素法による物体運動解析と格子ボルツマン法による流場解析を埋め込み境界法で連成さえた数値計算手法を開発し，模擬氷による水槽試験の実施や過去の実験で得られたデータを用いて検証を行う．本年度は，作成している計算プログラムの検証に必要なデータを取得するため，模型を拘束した城代での曳航試験について検討を行った．対象とした構造物は，過去に氷海域で掘削の実績がある浮体式掘削リグのKullukに類似した逆円錐型の浮体であり，模擬氷には比重や価格面からベニヤ板を用いることとした．氷海域での資源開発で実施されるアイスマネジメントにより砕氷された氷盤サイズやその他環境条件を想定し，模擬氷のサイズや曳航速度などの試験条件を決定した．

北极圈蕴藏着丰富的石油、天然气等资源，冰冷海域的资源开发也在进行中。用于海洋资源开发的结构会因受到大大小小的浮冰群的干扰而受到作用力，但与底部安装结构不同，预计未来会更频繁使用的浮动结构会受到过度振荡的影响。可能会损坏管道和系泊系统，导致事故。此外，在安全评估中，除了作用在结构上的载荷之外，还需要评估结构的振动，由此可以准确地估计伴随振动的流场变化和浮冰的行为。评估作用在上的负载很重要因此，在本研究中，我们将离散元法的物体运动分析与嵌入边界法的格子玻尔兹曼法的流场分析联系起来，旨在通过我们将开发我们已经实现的数值计算方法，并使用模拟冰和过去实验获得的数据进行水箱测试来验证它。今年，为了获得验证我们正在创建的计算程序所需的数据，我们在模型受到约束的城堡中进行了牵引测试。目标结构是一个倒锥形浮体，类似于浮动钻机Kulluk，过去有在冰冷水域钻探的记录，由于其比重和影响，决定使用胶合板来模拟冰。成本。模拟冰的尺寸和拖曳速度等测试条件是通过假设冰冻地区资源开发中进行的冰管理所破碎的浮冰的尺寸和其他环境条件来确定的。