Hydrodynamic Effects of Heave plates
Authors
Dueholm, Hans Lindenchrone ; Kristensen, Lars
Term
4. term
Education
Publication year
2021
Submitted on
2021-06-10
Pages
126
Abstract
Vi undersøger en nedskaleret opsætning med en cirkulær heave-plade, der er fastgjort i bunden af en cylinder og bevæger sig op og ned i vand. Vi varierer svingningsbevægelser og skiveradier og sammenligner tre tilgange: teoretiske beregninger, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)-simulationer (en numerisk metode, der repræsenterer væske som partikler) og fysiske eksperimenter. Ud fra tidsserierne bestemmer vi kraftamplituder, tilføjet masse (den ekstra træghed fra at accelerere det omgivende vand) og drag-/modstandskoefficient (et mål for strømningsmodstand) og bruger dem til at sammenligne modellerne med forsøgsdata. Sammenligningen viser, at hverken den teoretiske model eller SPH-modellen beskriver heave-platens hydrodynamik særlig godt. Den teoretiske model giver fejlmarginer, der ændrer sig inkonsistent, når modelparametrene ændres. SPH-simulationerne har store fejl ved lave hastigheder og små heave-plader og mindre fejl ved højere hastigheder og større plader. Vi diskuterer mulige årsager; for den teoretiske model findes ingen entydig forklaring. For SPH antages sammenhængen mellem fejl, radius og hastighed at skyldes den valgte viskositetsmodel i simuleringerne, men der findes ingen klar løsning. Konklusionen er, at den teoretiske model kun bør bruges til meget grove overslag, mens SPH kan anvendes til at bestemme hydrodynamiske konstanter, hvis de hastighedsrelaterede fejl bliver løst.
We study a scaled-down setup with a circular heave plate attached to the bottom of a cylinder that moves up and down in water. We vary oscillatory motions and disk radii and compare three approaches: theoretical calculations, Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) simulations (a numerical method that represents fluids with particles), and physical experiments. From the time series we estimate force amplitudes, added mass (the extra inertia from accelerating the surrounding water), and drag coefficient (a measure of flow resistance) and use these to compare the models against the experiments. The comparison shows that neither the theoretical model nor the SPH model reproduces the heave plate’s hydrodynamics well. The theoretical model yields error margins that change inconsistently as parameters vary. The SPH simulations show large errors at lower velocities and with smaller plates, and smaller errors at higher velocities and with larger plates. We discuss plausible causes; for the theoretical model no definitive explanation is found. For SPH, the correlation of error with radius and velocity is presumed to stem from the chosen viscosity scheme, but no clear remedy is identified. We conclude that the theoretical model should be used only for very rough estimates, while SPH can be used to obtain hydrodynamic constants provided the velocity-related errors are resolved.
[This summary has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]
Keywords
Documents