Development of a simple prediction model for vortex-induced motion of floating platforms with arbitrarily placed columns

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K04496
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 平林 紳一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (90463877)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 浮体式プラットフォーム / 渦励起運動 / 複数カラム / 低アスペクト比

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、流れの中でのカラム同士の渦干渉がもたらす流体力について、カラムの位置関係を表すパラメータに応じてデータベース化することで、複数の円柱や角柱を任意の場所に配置した浮体において渦励起運動を簡易的に予測するモデルを開発する。本モデルにより複数カラムで構成される浮体式プラットフォームの設計段階において水槽実験や数値流体シミュレーションを実施することなく渦励起運動を簡易的に予測できるようになり、低動揺かつ高寿命な浮体の設計が促進されることが期待される。
初年度となる2021年度は本研究のベースとなる低アスペクト比2円筒に作用する流体力のデータベースを構築することに注力した。複数カラム間干渉効果を生み出す基本構成単位である2本の低アスペクト比円筒を用いて一様流中で強制加振実験を行った。加振振幅、加振周波数、円筒間距離、流れに対する円筒間角度を網羅的に変化させ、実験ケース数は1000を超える膨大なものとなったが、これを効率的に行うための固定装置を設計、開発することで実験が可能となった。2本の円筒の上部に取り付けた分力計により加振中の円筒に作用する流体力を計測した。得られた流体力を整理し、抜けや異常データがないことを確認の上で統計値を流体力係数に変換した。成果として、平均抗力係数および変動抗力係数、平均揚力係数および変動揚力係数、付加質量係数、減衰係数からなる流体力係数データベースが構築された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画では文献調査による流体力データとアスペクト比補正用の流体力計測実験を組み合わせて流体力データベースを構築する予定であったが、目的のアスペクト比で加振振幅、加振周波数、円筒間距離、流れに対する円筒間角度を変えた加振実験を行い、網羅的な流体力を取得する目途がついたため、これを実施した。得られた流体力を流体力係数データベースとして整理した。
以上、当初計画からアプローチ方法の変更が多少生じたが、目的は達成できていると言える。

Strategy for Future Research Activity

構築した流体力係数データベースを分析し、流体力学的考察に基づいて加振振幅、加振周波数、円筒間距離、流れに対する円筒間角度をパラメータとした数式モデルによる表現を行う。負荷質量係数、減衰係数については数式モデルのみによる表現が難しいことが予想されるため、状況に応じて機械学習等の他の手法も検討する。

Causes of Carryover

コロナ禍に伴う移動自粛により旅費の支出が当初予定より少なくなり、余剰分を増大した実験に掛かる経費に振り向けたが、なお少額の残余が生じた。残余分は次年度に行う追加実験に掛かる経費に充てる予定である。