Daniel Fonseca de Carvalho e Silva

Título

Avaliação Numérico-Experimental de Embarque de Água (Green Water) em FPSO Sujeito a Ondas Oblíquas e de Través


Orientador(es)

Alvaro Luiz Gayoso de Azeredo Coutinho
Paulo de Tarso Themistocles Esperança


Resumo

Essa tese analisa o fenômeno de embarque de água (green water) em FPSOs sujeitos a ondas irregulares oblíquas e de través através da combinação de resultados de um ensaio em modelo reduzido, realizado em tanque oceânico, e simulações via CFD. As medições experimentais permitiram a identificação de alguns padrões de elevação de água ao longo da extremidade do convés da plataforma, bem como a avaliação da influência de em balcão de sustentação de risers, na elevação de água embarcada e carregamentos decorrentes. Os dados experimentais são utilizados para calibração de uma metodologia analítica para estimativa de carregamentos em equipamentos próximos à extremidade do convés, tendo resultados menos conservadores em comparação a outros métodos da literatura. Para permitir a simulação detalhada da interação local das ondas com o casco e propagação sobre o convés de massas d’água decorrentes dessa interação, uma metodologia de CFD para representação de trechos de mar irregular foi desenvolvida. Essa metodologia consiste na imposição de uma condição de contorno representativa da onda incidente e prescrição dos movimentos do FPSO. A simulação do escoamento resultante foi avaliada em termos dos carregamentos medidos em eventos extremos, com boa aderência aos resultados experimentais. A análise desses resultados revela os mecanismos físicos da interação das ondas com o casco, além de sua propagação e eventual quebra sobre o convés. A metodologia de simulação desenvolvida revela novas possibilidades para o estudo de carregamentos devido a fenômenos hidrodinâmicos altamente não-lineares, tais como green water e impacto de ondas em geral.


Abstract

This thesis approaches the green water phenomenon in FPSOs subjected to beam and quartering irregular waves by a combination of results from ocean basin model tests and CFD simulations. The experimental measurements leads to characterization of typical elevation patterns along the platform’s deck edge as well as the influence of a riser balcony structure on water elevations and loads. The experimental data are used to calibrate a novel analytical approach to estimate green water loads on elements near the deck edge, leading to less conservative values when compared to other methods in the literature. In order to perform a detailed simulation of local wave-hull interaction effects and the possible water on the deck flows following this interaction, a CFD methodology to simulate irregular wave intervals is proposed. This metodology consists on a boundary condition that represents the incident wave and on the prescription of FPSO motions. The simulation model is compared with experimental results in terms of loads measurements, with good agreement in most of cases. The numerical model gives access to high resolution velocity and pressure fields, what is hardly obtained experimentally. The exploration of these results unveils the physical mechanisms involved in the wave-hull interaction, local wave propagation in this region and on deck wave breaking process. The simulation methodology shows new possibilities in analyzing strongly non-linear hydrodynamic phenomena, such as green water and wave impact in general.


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