Un análisis de movimiento híbrido de CFD y flujo potencial de boyas tipo spar con apéndices mejorados en amortiguación
Autores: Musa, Murtala Nyako; Bayraktar Bural, Deniz
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un análisis de movimiento híbrido de CFD y flujo potencial de boyas tipo spar con apéndices mejorados en amortiguación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Spar
Boya
Apéndice
Amortiguación
CFD
Flujo potencial
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga la respuesta hidrodinámica de una boya tipo spar equipada con un apéndice de placa corrugada sólida, perforada y novedosa, introducida aquí por primera vez para mejorar el amortiguamiento del movimiento. Se empleó un enfoque híbrido que combina simulaciones CFD en el dominio del tiempo y análisis de flujo potencial en el dominio de la frecuencia, proporcionando un marco para incorporar efectos viscosos que a menudo se omiten en los modelos de flujo potencial. En la primera etapa, se llevaron a cabo simulaciones de decaimiento libre en ANSYS Fluent para un spar base y tres configuraciones equipadas con apéndices. Se analizaron las respuestas de decaimiento en elevación y cabeceo resultantes para determinar las frecuencias naturales y los coeficientes de amortiguamiento viscoso. Antes de eso, se validó y verificó el solucionador CFD contra datos experimentales publicados, confirmando la fiabilidad de la configuración numérica. En la segunda etapa, se realizó un análisis de difracción hidrodinámica en el dominio de la frecuencia en ANSYS AQWA, y los coeficientes de amortiguamiento viscoso derivados de CFD se incorporaron al modelo de flujo potencial para mejorar las predicciones de movimiento cerca de la resonancia. La comparación entre los RAOs con y sin amortiguamiento viscoso indicó reducciones de aproximadamente 55-62% en elevación y 41-60% en cabeceo en resonancia, siendo la placa perforada la que consistentemente ofreció el mayor amortiguamiento y los picos de RAO más bajos. Este trabajo introduce el primer diseño de apéndice de placa corrugada para boyas spar y establece un marco híbrido validado de CFD-flujo potencial que permite predicciones de movimiento más realistas y proporciona orientación práctica de diseño para boyas spar con amortiguamiento mejorado en aplicaciones de energía en alta mar.
Descripción
Este estudio investiga la respuesta hidrodinámica de una boya tipo spar equipada con un apéndice de placa corrugada sólida, perforada y novedosa, introducida aquí por primera vez para mejorar el amortiguamiento del movimiento. Se empleó un enfoque híbrido que combina simulaciones CFD en el dominio del tiempo y análisis de flujo potencial en el dominio de la frecuencia, proporcionando un marco para incorporar efectos viscosos que a menudo se omiten en los modelos de flujo potencial. En la primera etapa, se llevaron a cabo simulaciones de decaimiento libre en ANSYS Fluent para un spar base y tres configuraciones equipadas con apéndices. Se analizaron las respuestas de decaimiento en elevación y cabeceo resultantes para determinar las frecuencias naturales y los coeficientes de amortiguamiento viscoso. Antes de eso, se validó y verificó el solucionador CFD contra datos experimentales publicados, confirmando la fiabilidad de la configuración numérica. En la segunda etapa, se realizó un análisis de difracción hidrodinámica en el dominio de la frecuencia en ANSYS AQWA, y los coeficientes de amortiguamiento viscoso derivados de CFD se incorporaron al modelo de flujo potencial para mejorar las predicciones de movimiento cerca de la resonancia. La comparación entre los RAOs con y sin amortiguamiento viscoso indicó reducciones de aproximadamente 55-62% en elevación y 41-60% en cabeceo en resonancia, siendo la placa perforada la que consistentemente ofreció el mayor amortiguamiento y los picos de RAO más bajos. Este trabajo introduce el primer diseño de apéndice de placa corrugada para boyas spar y establece un marco híbrido validado de CFD-flujo potencial que permite predicciones de movimiento más realistas y proporciona orientación práctica de diseño para boyas spar con amortiguamiento mejorado en aplicaciones de energía en alta mar.