Renewal of water in monopiles for offshore wind

Andersen, Lasse Drejer

4. term

Structural and Civil Engineering, Master

2017

2017-06-08

89

Dette speciale undersøger en passiv måde at udveksle havvand med det indesluttede vand inde i en monopæl (en stor, hul stålpæl brugt i marine konstruktioner). Målet er at øge pH-værdien inde i pælen og dermed mindske korrosionen af anoderne. Systemet bygger på ét eller flere huller boret i monopælen, så havets naturlige bevægelser kan drive vand ind og ud. Vi undersøgte den interne strømning med computational fluid dynamics (CFD), dvs. computersimulering af væskestrømning, i både to- og tredimensionelle modeller. For at holde modellerne enkle sammenlignede vi CFD-resultaterne med en grundlæggende energiligning. Vi udførte også laboratorieforsøg og sammenlignede målingerne med simulationerne for at validere metoden. Resultaterne viser, at en jævn strøm giver meget begrænset udveksling. Til gengæld kan tidevand og især bølger muligvis give en næsten fuldstændig udskiftning, fordi bølger skaber højere strømningshastigheder gennem hullerne. På den baggrund kan et sådant passivt udvekslingssystem reducere mængden af anodemetal, som korroderer, med op til 80%.

This thesis explores a passive way to let seawater exchange with the trapped water inside a monopile (a large hollow steel pile used in marine structures). The goal is to raise the internal pH, which can slow the corrosion of the anodes. The system uses one or more holes drilled in the monopile so the sea’s natural motion can drive flow in and out. We studied the internal flow with computational fluid dynamics (CFD), using both two- and three-dimensional models. To keep the models simple and transparent, we compared the CFD results with a basic energy equation. We also ran laboratory experiments and compared the measurements with the simulations to validate the approach. The results show that steady current causes little or no exchange. In contrast, tides and especially waves may enable a near-complete exchange because wave action produces higher flow velocities through the holes. Based on these findings, such a passive exchange system could reduce the amount of anode material consumed by corrosion by up to 80%.

[This abstract was generated with the help of AI]

CFD ; Numerical simulation ; monopile ; corrosion ; pH ; exchange rate ; energy equation

Download
View record in AAU Student Projects