Hydrodynamic forces on monopiles with secondary structures. Numerical approach
Author
Nygaard, Michael
Term
4. term
Education
Publication year
2016
Submitted on
2016-06-08
Pages
53
Abstract
Dette projekt undersøger, hvor godt numeriske simuleringer kan beregne kræfter fra bølger (hydrodynamiske kræfter) på en stor enkeltstående cylindrisk pæl i vandet (en monopæl) med en tilkoblet sekundær struktur. To typer modeller blev afprøvet: Boundary Element Method (BEM) og Computational Fluid Dynamics (CFD). BEM-modellerne blev kalibreret med den analytiske løsning af MacCamy og Fuchs, som bygger på samme teori; kalibreringen omfattede en konvergensanalyse og kontrol af elementernes skævhed. CFD-modellerne brugte Volume of Fluid (VOF)-metoden i Star-CCM+ til at beskrive vandoverfladen og generere bølger i beregningsdomænet. Vi modellerede tilfælde med og uden den sekundære struktur og kørte ni forskellige bølgeforhold med varierende bølgehøjder og perioder, valgt så de svarede til fysiske modeltests. Sammenligninger mellem BEM, CFD og de fysiske data viser, at BEM kan være mindre egnet til at bestemme kræfterne på monopæle, fordi modstand (drag) spiller en vigtig rolle. CFD tager højde for drag og gav resultater, der lå tættere på forsøgene. Der er behov for yderligere studier for fuldt ud at vurdere anvendeligheden af disse numeriske metoder, men resultaterne peger på et lovende potentiale.
This project examines how well numerical simulations can estimate forces from waves (hydrodynamic forces) acting on a large single cylindrical pile in water (a monopile) with an attached secondary structure. Two types of models were tested: the Boundary Element Method (BEM) and Computational Fluid Dynamics (CFD). The BEM models were calibrated using the analytical solution by MacCamy and Fuchs, which is based on the same theory; the calibration included a convergence analysis and checks of element skewness. The CFD models used the Volume of Fluid (VOF) method in Star-CCM+ to represent the water surface and to generate waves in the computational domain. We modelled cases with and without the secondary structure and ran nine different wave conditions with varying heights and periods, chosen to match physical model tests. Comparisons between BEM, CFD, and the experimental data indicate that BEM may be less suitable for predicting forces on monopiles because drag plays an important role. CFD accounts for drag and produced results closer to the tests. Further studies are needed to fully assess the practicality of these numerical methods, but the results show promising potential.
[This abstract was generated with the help of AI]
Documents