Hydrodynamics - calculation of added mass on complex objects

Abstract

Added mass er et komplekst fenomen innen hydrodynamikk, hvor det finnes lite forståelse i industrien. Dermed var motivasjonen for dette arbeidet å bygge kunnskap innen hydrodynamikk og numerisk modellering av hydrodynamiske effekter. Arbeidet begynte med en litteraturstudie innen hydrodynamikk og de mest konvensjonelle estimeringsmetodene.

k-omega SST turbulensmodellen er brukt i de utførte CFD analysene. Modellen er langt bedre enn k-epsilon modellen i strømninger hvor det oppstår separasjon av strømningen.

To geometrier er analysert - en nedsunket sylinder og en sylindrisk ramme. Den nedsunkne sylinderen er analysert for å verifisere metodikken, da added mass enkelt kan regnes ut med håndberegninger i henhold til DNV-RP-C205. Den sylindriske rammen er basert på funnene fra analysene utført på den nedsunkne sylinderen. Resultatene for den nedsunkne sylinderen stemmer godt overens med DNV-RP-C205 med en feilmargin på mindre 3 %. Det er ingen enkel måte å verifisere dataene fra analysene på den sylindriske rammen. da det er en markant strømningsinteraksjon mellom sylinderne, i tillegg til at estimeringsmetodene fra DNV ikke samsvarer godt med analysene.

Added mass is a complex hydrodynamic effect that is poorly understood in many fields of engineering. Thus, the motivation for the present work was to gain knowledge in hydrodynamics and numerical modeling of hydrodynamic effects. The present work began with a literature study on hydrodynamics and the most conventional estimation methods.

The k-ω SST model is used in the CFD analyses performed. This model behaves considerably better than the standard k-ε model in adverse pressure gradient flows, which is a significant drawback.

Two geometries are analyzed – the submerged cylinder analysis is to verify the methodology, as added mass can be easily compared against DNV-RP-C205. The result for the submerged cylinder verifies the methodology with an error of less than 3 % compared to DNV-RP-C205. The second geometry, the cylindrical frame, is based on the conclusions drawn from the submerged cylinder analysis. There is no easy method of comparing the results regarding the cylindrical frame, as the analyses show a considerable flow interaction between the cylinders. DNV-RP-C205 thus falls short of providing correct estimates for the complex geometry investigated.