Study of Free Span VIV Reduction for Undersea Pipeline

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K14974
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 藤原 智 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (70511591)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 渦励振 / VIV / パイプライン / フローライン / フリースパン / ストレーキ / 流体力

Outline of Annual Research Achievements

既存の線状構造物に適用される渦励振（VIV）対策であるストレーキに関する文献調査結果を基に、3D CADと3Dプリンターを用いて流体力計測配管模型を製作した。模型は3Dプリンターを用いることにより安価で製作することが出来たため、①既存のストレーキ、②海底に着底するフローラインやパイプラインを想定したフィンが低く、本数が多いストレーキ、③フィンではなく溝を彫った管、④ゴルフボールのようにディンプルパターンを施した管、⑤比較用の円筒や塩ビ管、など多くのパターンを試すことが出来た。
水槽試験は上記模型を台車で曳航し、加振または非加振の条件で模型が受ける流体力（抗力、揚力、加振時であれば起振力）を計測した。計測では既存の計測機器とPCのリモートデスクトップ機能を組み合わせることにより、簡易的な無人実験環境を構築することが出来たため、多く製作した流体力計測模型に対応して必要となった多くの実験ケースを効率的に計測することに成功した。
計測では水槽の水深の中間位置に模型を配した水面や底面の影響を受けないケースと、着底したパイプラインやフリースパンと呼ばれる海底面から少し離れて潮流の影響を受けて渦励振が発生している状態を模した模型から底面までの距離を近くしたケースで計測を行い、これらの計測結果から、表面パターンを施した円筒の(1)非加振時流体力、(2)加振時流体力、(3)底面影響に対する効果、(4)底面付近で振動する管の起振力または減衰力、を導出することが出来た。これらの貴重な計測結果を基に今後、国際論文や講演論文として成果を公表する予定である。