계류 라인 Mooring Lines

현재 버전의 FLOW-3D 는 여러 움직이는 물체를 탄성 로프를 통해 다른 움직이는 물체 또는 고정 된 장소에 연결할 수 있습니다.

로프는 무겁고 늘릴 때 항상 직선으로 간주됩니다. 로프 장력은 로프를 따라 균일하며 단순히 로프 연장 및 스프링 상수와 관련됩니다. 로프 동역학과 로프로 묶인 물건의 움직임에 미치는 영향은 무시됩니다. 이러한 가정은 탄성 로프 모델에 제한을 부과했습니다.

예를 들어, 계류 된 유조선의 움직임을 시뮬레이션 할 때, 모델은 taut mooring lines에 대해서는 작동하지만 catenary mooring lines 에서는 실패합니다. 이는 taut mooring lines이 선의 장력에 비해 가벼우며 모양이 거의 직선 인 반면 catenary lines 은 중량이 커서 선의 모양과 동력에 큰 영향을주기 때문입니다.

모델 설명

이러한 제한을 극복하기 위해 FLOW-3D 버전 11.1에서 호환 계류 라인 모델이 개발 및 구현되었습니다. 모델은 계선에 중력, 부력, 유체 항력 및 인장력을 고려합니다. 계류 선의 전체 3D 동역학뿐만 아니라 계류 물체와의 동적 상호 작용이 계산됩니다. 선은 긴장되거나 느슨해 질 수 있으며, 그 순간 모양이 계산됩니다.

이 모델은 유한 계단 접근법을 사용하여 3D 계량 라인 역학을 수치적으로 해결합니다. 각 라인은 일정 수의 개별 세그먼트로 균등하게 분할됩니다. 하위 시간 단계 알고리즘을 사용하여 각 세그먼트에 대한 질량 중심의 위치 및 속도가 동적 운동 방정식을 계산하여 계산됩니다.

세그먼트의 법선 방향과 접선 방향의 유체 항력은 2 차 항력 항법에 따라 계산됩니다. 이웃 한 두 세그먼트의 조인트에서 인장력은 세그먼트의 스프링 상수와 두 개의 매스 센터 간의 라인 확장을 사용하여 Hooke의 법칙에 의해 계산됩니다. 계류 라인의 모양은 모든 세그먼트의 질량 중심의 공간 분포에 의해 결정됩니다. 계류 라인과 움직이는 물체의 동적 연결은 물체가 라인의 밧줄 끝 위치를 제공하는 동안 라인 역학이 물체에 장력을 제공하는 방식으로 구현됩니다.

 

시뮬레이션 결과

애니메이션은 해저에 고정되어 진행형 파도에 표류하는 직사각형의 떠다니는 물체에 묶인 4 개의 느슨한 계류 라인의 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.

물체의 크기는 64m x 72m x 30m이고 밀도는 500kg/m3 입니다. 들어오는 비선형 파는 높이가 10m이고주기는 8 초입니다. 수심은 70m입니다. 각 계류 라인의 방해받지 않은 길이는 85m입니다. 합성 계류 라인의 길이 밀도는 5 kg/m이고 스프링 상수는 2.4 x 105 N/m입니다. 선들에 대한 법선과 접선 방향의 항력 계수는 각각 1.0과 0.3입니다.

초기에, 계류 선은 전선 모양과 정적 평형을 이룹니다. 파도에 힘입어 물체가 움직이고 파동 전파 방향으로 계류 선이 그려집니다. 시간이 지남에 따라 두 개의 업스트림 라인은 슬랙에서 긴장으로 바뀌며 상당한 길이의 확장을 경험하는 반면 두 개의 다운 스트림 라인은 슬랙 상태를 유지하고 웨이브 모션과 함께 변동합니다. 시뮬레이션이 끝나면 두 개의 긴장 계류 선에 의해 물체의 평균 위치가 유지됩니다.

애니메이션 1. 물결 운동으로 움직이는 떠 다니는 물체는 계선 라인에 의해 구속됩니다.

 

모델 응용 프로그램

mooring lines 모델은 많은 엔지니어링 응용 분야를 가지고 있습니다. 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 해상 석유 및 가스 산업에서 FPSO (Floating Production Storage and Offloading vessels)를 위한 계류 시스템입니다. 또한 Floating Wave Energy Converters (WEC), floating wave breakers, anchored ship 및 기타 여러 계류 구조물, 장비 및 장치에 대한 계류 라인을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 계 류 라인 모델을 통합함으로써 FLOW-3D 는 사용자가 실제 문제를 더 잘 시뮬레이션 할 수 있도록 도와줍니다.