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

基本信息

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

项目摘要

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．

北极圈拥有石油和天然气等资源，在冰水中也正在进行资源开发。海洋资源开发的结构可能会通过干扰大小的小冰块，但与底部安装的结构不同，浮动结构过度搅动的过度搅动，预计将来会进一步使用，可能会对管道和系泊系统造成损害，从而导致事故。此外，在安全评估中，除了作用于结构上的负载外，还必须评估结构的波动，并且重要的是要准确估计由于基于它们的波动和冰盘的行为而导致流场的变化，并评估作用于结构的载荷。因此，在这项研究中，我们开发了一种数值计算方法，该方法使用离散元素方法和流场分析使用晶格玻尔兹曼方法使用嵌入式边界方法结合了对象运动分析，以阐明浮动身体通过流场和冰块行为摇动的相互干扰效应。我们已经开发了一种数值计算方法，该方法使用离散元素方法和流场分析使用嵌入式边界方法组合对象运动分析，并使用从过去实验获得的数据进行了验证。今年，为了获得验证所创建的计算程序所需的数据，我们在城堡中讨论了限制模型的牵引测试。靶向的结构是倒置的锥形浮动物体，类似于库鲁克（Kulluk），库鲁克（Kulluk）以前在冰水中已经在冰水中发掘的浮动开挖钻机，并且由于特定的重力和价格，胶合板被用于模拟冰。假设冰盆地的大小和其他环境条件的大小，基于模拟冰和牵引速度的大小和牵引速度等测试条件。