Experimental Study of Splash Zone Wave Loads on a Combined Configuration of a Porous Plate and a Circular Cylinder

Løfteanalyse av en undervanns-struktur bestemmer operasjonsgrensen hva angår sjøtilstand for å gjennomføre operasjonen under trygge forhold. Denne grensen bestemmes av de største forventede kreftene i løftesystemet. Vannpartikkelkinematikken når sitt maksimum i plaskesonen, og dermed er de dimensjonerende kreftene forventet å finne når modulen løftes gjennom vannoverflaten. Typiske subsea-konstruksjoner består av flere ulike komponenter med ulike egenskaper, og geometrien er i hovedsak komplisert. Som følge av dette er strømningene rundt strukturen komplisert and de eksiterte kreftene er forventet å avhenge av interaksjonseffekter mellom komponentene. Presis estimering av kreftene er derfor vanskelig, og anerkjente regelverk, som DNV-GLs anbefalte praksis anbefaler 3D forsøk for å estimere hydrodynamiske krefter for kompliserte konstruksjoner. I denne oppgaven er eksperimentelle analyser av modeller som imiterer oppførselen til typiske subsea-konstruksjoner gjennomført. De hydrodynamiske kreftene er undersøkt for de individuelle modellene, i tillegg til kombinerte konfigurasjoner. Objektivet med analysen er å studere oppførselen til porøse plater i kombinerte konfigurasjoner, og i tillegg kvantifisere hydrodynamiske interaksjonseffekter mellom komponentene. Eksperimentene er gjennomført i Ladertanken, lokalisert i NTNUs lokaler på Tyholt. Ladertanken er en bølgetank som tilrettelegger for tilnærmet todimensjonale forsøk. To porøse plater med ulik porøsitet, såvel som en sirkulær sylinder er testet i forsøkene. I de kombinerte konfigurasjonene er sylinderen installert vertikalt over platene. To eksperimenter er gjennomført; modellene er delvis nedsenket i innkommende bølger og fullsteding nedsenket i innkommende bølger. I forsøkene der modellen er delvis nedsenket er modellene også montert i ulike vertikale posisjoner for å maksimere vannpartikkelkinematikken for ulike deler av modellene. Når modellen er delvis nedsenket i bølgesonen viser det seg at kraftbidraget fra sylinderen er neglisjerbart i forhold til den totale kraften følt av den kombinerte modellen. Dette gjelder i all hovedsak for de KC-tallene der oppdriftskraften ikke er dominerende. Tilstedeværelsen til de porøse platene har, naturlig nok, en innvirkning på det totale strømningsbildet rundt sylinderen, og interaksjonseffekter mellom platen og sylinderen ser ut til å gi mindre kraft følt av sylinderen. I det laveste sjiktet av KC-tall ser det ut til at høyere ordens effekter er viktige ettersom den målte kraften i større grad avviker fra teoretiske beregninger. Fra de helt nedsenkede eksperimentene har de hydrodynamiske egenskapene til de kombinerte konfigurasjoner en tendens til å bli dominert av den porøse platen. Selv når KC-tallet er lite og den porøse platen ikke bidrar vesentlig til den totale kraften, viser den kombinerte konfigurasjonen et betydelig større drag-bidrag sammenlignet med sylinderen. De målte kreftene har vist en sterk KC-avhengighet både i de delvis og helt nedsenkede testene. Ganske forventet har store riggoscillasjoner vært fremtredende under forsøkene, og introdusert en betraktelig mengde usikkerhet til målingene. Imidlertid har repeterende tester og forsiktig tolkning av de målte dataene, samt tilrettelegging for likt eksperimentelt oppsett for de forskjellige testene gitt tillit til resultatene