Consideration of the buoyancy body for the riser pipe to accelerate the seabed resource development

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K04857
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 千賀 英敬 大阪大学, 工学研究科, 助教 (60432522)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 渦励振 / 浮力体 / 螺旋溝 / 曳航試験

Outline of Annual Research Achievements

昨年度実施した回流水槽での実験により、螺旋溝模型が渦励振の軽減性能を持つことを示した。しかし、回流水槽のサイズから模型の大きさに制限が生じること、発生可能な一様流速の条件から、実機よりも低いレイノルズ数の範囲での実験であった。また、模型の両端にエンドプレートを取り付けることで端部影響を無くし、部分的に2次元的な流れとなっていた。
これらの点を踏まえ、今年度の実験は船舶海洋試験水槽にて3mの浮力体模型を曳航する実験を実施した。これにより、高レイノルズ数領域での浮力体による渦励振の軽減性能を評価した。回流水槽実験に用いた模型(0.15[m])よりも長い模型のため、流場の3次元性が顕著に表れるため、より実機に近い状況での渦励振の軽減性能を検証できる。水槽上の曳航電車からフレームを下ろし、模型と共に曳航可能な仮設床を設置し、模型の上下端はその仮設床と曳航電車に設置した検力計にコイルバネを用いて接続した。模型を曳航することで一様流を発生させ、光学式トラッキングシステムで模型の運動を計測した。比較対象として、長さが同じ3mの円柱模型を用いた同様の計測も実施した。
実験結果より、螺旋溝を有する3mの模型は渦励振を軽減可能であることが確認できた。また渦励振の軽減に伴い、抗力係数が低下し、結果として模型の長手方向の変形も軽減された。
数値計算に関しては、OpenFOAMを用いて、両端ばね支持条件下での螺旋模型の運動や流れを解析している。対象の浮力体模型が回流水槽実験に用いたサイズであり、長い模型についての検討を進めている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

船舶海洋試験水槽での模型実験を２度実施する必要があった。１回目の実験では、模型に取り付け発光式のマーカーの配線の影響が計測結果に含まれていた。また２回目の実験では、高レイノルズ数での実験を可能にするため、模型の直径を大きくした。模型は3Dプリンタにて材料にTPUを用い自作していたが、その製作・調整に時間を要した。実験解析に時間を要し、平行して実施していた数値計算の進捗が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後は主として数値計算の精度向上、改善を進めていく。必要に応じて再度、回流水槽や船舶海洋試験水槽での模型実験を実施する。

Causes of Carryover

研究初年度に回流水槽実験用PIVレーザーの購入を計画していたが、研究費が減額のうえで採択されために購入できておらず、次年度使用額が生じている。回流水槽で可視化実験が行えなかったことで研究計画を変更したため、未使用額は数値計算用のPCの購入と、必要に応じて再度実施する回流水槽・曳航水槽実験時の模型製作の材料費にあてる。