Wave Forces on Offshore Structures Calculated with Smooth Particle Hydrodynamics and Physical Modeling

حاليا؛ يتم استخدام نماذج ميكانيكا الموائع الحسابية بكثر في الطائرات وفي صناعة السيارات من أجل حساب القوى على المنشآت ولكن لا يتم استخدام هذه النماذج الحسابية في صناعات النفط لتصميم المنشآت البحرية. في الحقيقة، طرق التصميم للمنشآت البحرية لم تتغير منذ أكثر من أربعين سنة. هذا المشروع سوف يظهر أن نماذج ميكانيكا الموائع الحسابية الحديثة المعتمدة على هيدروديناميكا الجزيئات الملساء بأنها ملائمة للموجات المنكسرة والغير منكسرة في تصميم المنشآت البحرية. للتحقق من صحة الفرض، نقترح في هذا المشروع تصميم نموذج لقوى الموجات لنوعين من المنشآت البحرية أحدهم مشابهه لمنصات بحرية للبترول والغاز. الثاني لجهاز موجات الطاقة باستخدام نموذج هيدروديناميكا الجزيئات الملساء المتطورة مع حزم الديناميكا الفيزيائية المتعددة لمشروع كرونو لتصميم نموذج حركة المرونة للمنشآت في حقل الموجات. بالتزامن مع النماذج العددية سوف يكون هناك فحوصات مختبريه لنفس الأجهزة مع تغيير بيئة الأمواج من أجل توفير بيانات للتحقق من صحة النماذج العددية واكتشاف نتائج غير متوقعة كما يحدث عادة في الفحوصات المخبرية. بالأخص سوف يتم استكشاف شروط الرنين أو الرنين القريب. من المتوقع أن كود هيدروديناميكا الجزيئات الملساء المتطور والذي تم تحقيقه وتمديده سوف يكون مفيدا في تصميم المنشآت البحرية وصناعات تحويل طاقة الموجات. بالإضافة أن التحقق من القدرة على تصميم نماذج مرنه للمنشآت من الممكن أن تمدد لحالات المواد الطبيعية. على سبيل المثال سلوك الأعشاب البحرية تحت تأثير الموجات و أشجار المنقروف عند حدوث تسونامي

Currently, computational fluid dynamics (CFD) models are utilized heavily in the aircraft and automotive industry for the computation of forces on the structures, but these models are not used in the oil industry for the design of offshore structures. (In fact, the design methodology for offshore design is the same as it was 40 years ago!) This project will show that a modern CFD code, GPUSPH, which is based on Smoothed Particle Hydrodynamics and has been shown to be appropriate for nonbreaking and breaking waves can be used for offshore structure design. As validation, we propose to model wave forces on two types of offshore structures—one similar to an offshore platform for oil & gas extraction, and the second, a floating wave energy device. The GPUSPH code is coupled with a multi-physics dynamics package Project Chrono to model the elastic behavior of the structures in the wave field.
Concurrent with the numerical modeling it is proposed to carry out physical model testing of the same devices, with different wave environments, to provide a detailed validation data set for the numerical model and to explore for unexpected results, as often happens with physical model testing. In particular, resonance and near-resonance conditions will be explored.
It is expected that the validated and extended (with Project Chrono) open source GPUSPH code will be useful for design in the offshore and wave energy converter industries. Further, the validated model will be used on elastic structures of oil drilling platform and wave energy. The complete physical model work will be done in Kuwait Institute for scientific Research and the numerical modeling in Northwestern University, USA.