Numerical Study of Potential and Viscous, Nonlinear, Effects for Wave Drift Loads on Offshore Structures

Flytende offshore konstruksjoner utsatt for miljøbelastninger er ofte forankret for å kontrollere posisjonen til konstruksjonen. Forankringen må ta høyde for bølgelaster, da spesielt bølgedriftsbelastninger, før konstruksjonen installeres. Tradisjonelt har beregningene gjerne vært rettet konstruksjoner mot olje og gass sektoren. Ettersom utviklingen av fornybare energikilder er i økende fokus, blir forankringssystemet også viktig for disse konstruksjonene. Nøyaktige beregninger blir derfor viktig for flere typer offshore konstruksjoner. Beregningene av bølgedriftsbelastninger har gjerne blitt gjort ved bruk av Newmans tilnærming og Morisons dragkraft. Det har likevel blitt observert avvik til modelltester når disse metodene har blitt brukt. I denne oppgaven er hovedmålet å fremheve de ikke-lineære potensielle og viskøse effektene på bølgedriftsbelastninger. CFD-programvaren OpenFOAM har derfor blitt brukt for å analysere både 2D og 3D, faste konstruksjoner som reagerer med innkommende bølger. Dette har blitt gjort for regulære bølger, og det har derfor blitt fokusert på gjennomsnittlige bølgedriftsbelastninger. For å finne et passende numerisk oppsett har det blitt utført systematiske 2D studier av bølger i OpenFOAM. Diskreditering i tid og rom har blant annet blitt analysert. Det har blitt sett at flere parametere påvirker nøyaktigheten og stabiliteten til de numeriske simuleringene. I tillegg har det blitt observert problemer med holde konstant bølgehøyde over hele domenet. Videre har det blitt sett forskjeller mellom bruk av forskjellig bølgeteori for bratte bølger. En 2D skipsseksjon har blitt analysert i bølger innkommende fra siden. Lastseriene har vist seg å øke med brattheten til bølgen. Harmoniske lastkomponenter har korrespondert bra med referanseresultater fra en fullt ikke-lineær potensialteorimetode. Resultatet fra CFD for gjennomsnittlig bølgedriftsbelastning i svai har korrespondert bra med flere referanseresultater. For en høyere bølgefrekvens er forskjellene større. Stokes femte-ordens bølgeteori gir ganske like resultater som de overnevnte resultatene fra potensialteori. Dette ga en indikasjon på at høyere ordens potensielle effekter var viktige for økende bratthet på bølgen. Den halvt-nedsenkbare flytende havvind strukturen VolturnUS-S har blitt analysert i bølger innkommende forfra. I tillegg til OpenFOAM resultater har det blitt gjort analyser i WAMIT. Den gjennomsnittlige bølgedriftsbelastningen i jag ble funnet både fra direkte trykkintegrering og konservering av momentum. De sistnevnte resultatene ble vurdert som de beste. De gjennomsnittlige bølgedriftsbelastningene i jag fra OpenFOAM ble sammenlignet med WAMIT-resultatene. Dette viste at avviket mellom de to metode økte med både bølgehøyde og bølgelengde, for lange bølgeperioder. Økte viskøse bidrag er antatt å være årsaken til observasjonene. Resultatene fra CFD ble også sammenlignet med korreksjonsligningen som ble funnet empirisk under prosjektet EXWAVE. For de de lange bølgene viste de aller fleste bølgehøydene seg å gi større resultater fra CFD enn ved bruk av EXWAVE ligningen. Dette kan antyde at videre arbeid kreves før EXWAVE ligningen kan brukes for flytende havvind