The Effect of Internal Flow on Vortex-Induced Vibration of Marine Riser

Riser의 내부유체 흐름이 소용돌이로 인한 Riser 동적반응에 미치는 영향

Combining Iwan-Blevin's model into the approximated form of the nonlinear model derived for the dynamic analysis of the riser system with the inclusion of internal flow, current-vortex model is developed to investigate the effect of internal flow on vortex-induced vibration due to inline current The riser system includes a steadly flow inside the pipe which is modeled as an extensible or inextensible tubular beam. Galerkin's finite element approximation are implemented to derive the matrix equation of equilibrium for the finite element system. The investigations of the effect of internal flow on vibration due to inline current are performed according to the change of various parameters such as top tension, infernal flow velocity. current velocity, and so on. It is found that the effect of internal flow on vibration due to vortex shedding can be controlled by the increase of top tension. However, careful consideration has to be given, in design point in order to avoid the resonance band occurding near vortex shedding frequency, particularly for the long riser.

Riser 내부의 유체흐름을 포함해서 동적해석을 하기 위해 유도된 비선형 모델의 근사화한 형태에 Iwan-Blevin의 모델을 결합함으로써 흐름-소용돌이 모델이 개발되며 개발된 수학약모델을 해석함으로써 면내 조류흐름에 따라 형성된 면외 과류로 인한 riser의 진동에 내부 유체흐름이 미치는 영향에 관해 조사하였다. Riser 내부 유체흐름은 일정한 유속분석을 가진 정상류로 가정하며 riser관은 신축성 혹은 비신축성 관상빔으로 간주된다. 유도된 모델에 Galerkin의 유한요소근이법을 적용함으로써 수치해석을 위한 모델을 개발하였다. 관내부 유체 흐름이 riser의 소용돌이로 인한 진동특성에 미치는 영향을 상부 인장력, 내부류체 흐름 혹은 조류속도 등과 같은 여러 영향요인 등을 변화시키면서 조사하였다. 수치해석 결과 내부유체 흐름으로 인한 영향을 줄이기 위하여 riser의 상부에 인장력을 riser의 허용내력 한도내에서 증가시키는 방법이 있으나 vortex shedding으로 인해 형성되는 resonance band를 피하기 위해 설계 관점에서 세심한 주의가 요구된다. 특히 길이가 긴 rise에 대한 세심한 주의가 요구된다.