Prospecting experimental data of VIV to estimate dynamic behavior of a subsea pipeline with free span

Morooka, Celso Kazuyuki; Tsukada, Raphael I.

doi:10.1007/bf03449268

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“…As vibrações na direção cross-flow apresentam relevância para o projeto de risers e tubulações submarinas, pois contribuem para reduzir a vida útil devido à fadiga (MOROOKA et al 2011(MOROOKA et al , 2013. Muitos trabalhos na literatura se concentram em investigar um cilindro circular livre para se mover na direção cross-flow (CF) sem movimento na direção in-line (IL) (JAUVTIS; WILLIAMSON, 2004).…”

Section: Introductionunclassified

“…Tubulações submarinas com vãos livres também apresentam possibilidades de VIV. Tsukada et al (2013) apresentaram um estudo abrangente a partir de uma pesquisa de dados experimentais da literatura aliada ao experimento realizado e à abordagem semi-empírica do VIV. Um procedimento de simulação numérica no domínio do tempo foi introduzido para prever a resposta dinâmica de um pipeline com vão livre.…”

Section: Introductionunclassified

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Vibração induzida por vórtices em risers através da mecânica de fluidos computacional

Garcia¹

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Um escoamento com perfil uniforme é considerado em volta de um cilindro isolado e dois arranjados em tandem. Os cilindros possuem secção transversal circular e baixa razão de massa (m*) e serão montados como um sistema massa-mola-amortecedor e estarão livres para se moverem em dois graus de liberdade, mas também há simulações com um cilindro forçado a vibrar apenas na direção transversal (cross-flow). Com um software comercial, simulações bidimensionais através da Mecânica de Fluidos Computacional (CFD) são feitas na presente pesquisa para estudar o fenômeno da vibração induzida por vórtices (VIV) para altos números de Reynolds (20000 ≤ Re ≤ 668000) e diferentes velocidades reduzidas (0,5 < Ur < 6). Nos cilindros, os coeficientes de forças hidrodinâmicas e deslocamentos são investigados. Inicialmente, uma análise é feita para cilindros estacionários e os resultados são comparados com a literatura para verificar o modelo computacional desenvolvido para as simulações. Uma boa concordância com a literatura foi encontrada para coeficientes de força dos casos de cilindros estacionários em 20000 ≤ Re ≤ 668000, e para movimentos de um único cilindro em 0,5 < Ur < 4,5. Para cilindros em tandem, o modelo CFD desenvolvido pareceu promissor, o que encoraja mais investigações e possibilidade de aplicação em ambientes offshore. Uma nova ferramenta de construção de malha incluída no software, o método de malhas sobrepostas (Quimera ou Overset grid), também é testada, porém apenas para vibração transversal e forçada. As simulações usando essa nova ferramenta mostraram-se muito promissoras na aplicação de VIV em risers uma vez que a simulação dos movimentos em uma malha sobreposta levou, aproximadamente, metade do tempo de cálculo para a simulação do mesmo caso usando a malha dinâmica tradicional (ALE com remalhamento). Além disso, a malha sobreposta resultou em menos problemas de convergência.

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Section: Introductionunclassified

Vibração induzida por vórtices em risers através da mecânica de fluidos computacional

Garcia¹

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Vortex-Induced Vibration Response Features of A Submarine Multi-Span Pipeline via Towing Tank Experimental Tests

Jia

et al. 2023

China Ocean Eng

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In offshore engineering, the phenomenon of free span often occurs, and the pipeline may have multiple free spans adjacent to each other, forming a multi-span pipeline. The interaction of different spans makes the structural vibration characteristics more complex, which may change the fatigue characteristics of the pipeline and affect the safety of the structure. In this paper, model tests were designed to explore the vortex-induced vibration (VIV) characteristics of multi-span pipelines and investigate the multi-span interaction mechanism. The experimental study mainly focused on the dynamic response of double-span pipelines, and further extended to triple-span pipelines, hoping that the results can be applied to more complex environment. The effects of span-length ratio, buried depth and axial force on VIV of the pipeline were investigated and discussed. The dynamic response of the pipeline varied with the span length. There was obvious interaction between different spans of multi-span pipelines, and the pipe-sediment interaction obviously affected the vibration characteristics of pipeline. The differences of pipeline burial depth and axial force changed the structural stiffness. With the increase of buried depth, the response amplitude presented a downward trend. The spanwise evolutions were asymmetric caused by the pipe-sediment interaction and multi-span interaction. The results can help to identify multi-span pipelines in engineering, and realize the prevention and control of free spans.

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Multispan classification methods and interaction mechanism of submarine pipelines undergoing vortex-induced vibration

Jia

et al. 2022

Applied Ocean Research

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Prospecting experimental data of VIV to estimate dynamic behavior of a subsea pipeline with free span

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Vibração induzida por vórtices em risers através da mecânica de fluidos computacional

Vibração induzida por vórtices em risers através da mecânica de fluidos computacional

Vortex-Induced Vibration Response Features of A Submarine Multi-Span Pipeline via Towing Tank Experimental Tests

Multispan classification methods and interaction mechanism of submarine pipelines undergoing vortex-induced vibration

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