Flow Analysis around a Offshore Structure and Managed Ice Floes for Arctic Resource Development

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14364
• Research Institution: National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology
• Principal Investigator: 長谷川 賢太 国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 主任研究員 (20772130)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 極地工学 / 海氷 / 小氷盤群 / 氷荷重 / 移動境界流れ

Outline of Annual Research Achievements

北極圏には石油や天然ガスといった資源が豊富に存在しており，氷海域における資源開発も行われている．海洋資源開発のための構造物は，大小の氷盤群と干渉して力を受けるが，着底式の構造物とは異なり，今後さらなる使用が期待される浮体式構造物では過度な動揺がパイプラインや係留系に損傷を及ぼし事故につながる．また，安全性評価においては構造物に作用する荷重に加えて構造物の動揺も評価することが求められ，動揺に伴う流場の変化やそれに基づく氷盤の挙動を精度良く推定し，構造物に作用する荷重を評価することが重要となる．そこで本研究では，流場を介した浮体動揺と氷盤挙動の相互干渉影響を明らかにすることを目的として，離散要素法による物体運動解析と格子ボルツマン法による流場解析を埋め込み境界法で連成さえた数値計算手法を開発し，模擬氷による水槽試験の実施や過去の実験で得られたデータを用いて検証を行う．
本年度は，本研究期間で作成した緩和時間による負不安定性の改善がされた改良スキームを用いて高密度比の気液二相に対応した格子ボルツマン法の流場解析プログラムとこれまでに開発してきたオープンソースのライブラリを利用した離散要素法による物体の運動解析プログラムの統合を進め，過年度に調査した環境条件における数値シミュレーションを試みた．また，数値シミュレーションの検証のために構造物模型の動揺を考慮する係留試験に必要な治具を水槽設備に合わせ検討し，次年度の製作および水槽試験に向けた準備を行った．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

実験に使用することを想定していた曳引台車に模型を拘束するための治具が使用不可となり，予定していた水槽試験を次年度に見送った．また，数値計算プログラムの開発に時間を要していることから，遅れていると判断した．

Strategy for Future Research Activity

水槽試験は，本研究の主題である構造物模型の動揺を考慮する係留状態のみとし，固定状態でのデータは過去の試験や文献を参照することとする．オープンソースの格子ボルツマン法コードの利用も検討しながら，開発している離散要素法と格子ボルツマン法の統合を進め，流場を介した浮体動揺と氷盤挙動の関係を明らかにしていく．

Causes of Carryover

実験に使用することを想定していた曳引台車に模型を拘束するための治具が使用不可となり，実験装置の再検討を実施した．当該年度では計画で終わったため，次年度に装置製作のために使用額が生じた．