I ricercatori di A*STAR hanno sviluppato un modello in grado di simulare le complesse forze esercitate dall'acqua che scorre su una serie di cilindri che supportano strutture a base d'acqua come le piattaforme petrolifere. Il lavoro dimostra l'utilità delle simulazioni numeriche per studiare complessi scenari fisici del mondo reale.

Quando si progetta una piattaforma off-shore, gli ingegneri devono essere in grado di prevedere come sarà influenzato dal movimento dell'acqua di mare circostante. Come strutture cilindriche come scambiatori di calore, comignoli e tubi montanti, sono comunemente dispiegati nel punto in cui le piattaforme entrano nell'oceano, è fondamentale comprendere le forze esercitate su di loro dall'acqua che scorre in diverse condizioni del mare.

L'acqua che scorre intorno a un singolo cilindro crea vortici oscillanti, correnti d'acqua vorticose. Questo cosiddetto distacco di vortici può causare vibrazioni nella struttura. Questi raggiungono tipicamente un'ampiezza massima quando la velocità del flusso è tale che la frequenza di oscillazione del distacco del vortice è vicina alla frequenza meccanica naturale della struttura; questa è anche nota come frequenza di lock-in.

Però, nel caso di più cilindri ravvicinati, anche le interazioni tra i flussi attorno ai cilindri adiacenti creano vibrazioni. L'influenza di queste vibrazioni indotte dalla scia è poco conosciuta, e una teoria coerente per loro non è stata ancora sviluppata.

Ora, Vinh Tan Nguyen, Wai Hong Ronald Chan e Hoang Huy Nguyen dell'A*STAR Institute of High Performance Computing hanno utilizzato un approccio di fluidodinamica computazionale per modellare le vibrazioni indotte dalla scia in varie condizioni di flusso.

Il team utilizza un modello numerico per le interazioni fluido-struttura, che tiene conto degli effetti accoppiati dei vortici sulle risposte della struttura e viceversa. Hanno testato l'affidabilità del loro approccio confrontando la previsione numerica con i risultati di due recenti studi sperimentali. L'accordo era ragionevolmente buono, e la simulazione è stata in grado di prevedere l'osservazione empirica che l'aumento della velocità del flusso porta a vibrazioni di ampiezza maggiore. In particolare, a differenza del caso del monocilindrico, l'ampiezza della risposta rimane grande all'aumentare della velocità del flusso, anche lontano dalla frequenza di lock-in. Questo fenomeno è una preoccupazione per le bretelle dispiegate in condizioni di acque profonde in una disposizione in tandem.

"Stiamo lavorando per una migliore comprensione di questi fenomeni da una prospettiva fluidodinamica più dettagliata, " afferma Vinh-Tan Nguyen. "In definitiva, vorremmo caratterizzare completamente questo comportamento e fornire uno strumento efficiente per gli ingegneri per progettare meglio i riser e le strutture offshore in quelle condizioni simili".