• Ocean Systems Engineering
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• 제3권4호
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• pp.257-273
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• 2013

Top tensioned riser (TTR) is often used in a floating oil/gas production system deployed in deep water for oil/gas transport. This study focuses on the extension of the existing numerical code, known as CABLE3D, to allow for static and dynamic simulation of a TTR connected to a floating structure through a tensioner system or buoyancy can, and restrained by riser guides at different elevations. A tensioner system usually consists of three to six cylindrical tensioners. Although the stiffness of individual tensioner is assumed to be linear, the resultant stiffness of a tensioner system may be nonlinear. The vertical friction between a TTR and the hull at its riser guide is neglected assuming rollers are installed there. Near the water surface, a TTR is forced to move horizontally due to the motion of the upper deck of a floating structure as well as related riser guides. The extended CABLE3D is then integrated into a numerical code, known as COUPLE, for the simulation of the dynamic interaction among the hull of a floating structure, such as spar or TLP, its mooring system and riser system under the impact of wind, current and waves. To demonstrate the application of the extended CABLE3D and its integration with COUPLE, the numerical simulation is made for a truss spar under the impact of Hurricane "Ike". The mooring system of the spar consists of nine mooring lines and the riser system consists of six TTRs and two steel catenary risers (SCRs).

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.495-508
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• 1999

변형된 라이저의 단위 접선벡터상의 운동학적 제약조건을 적용하여 심해저 라이저의 비선형 동적해석을 행한다. 이 조건의 적용으로 자유도수를 감소시킬 수 있으며 심한 비선형성으로 인한 해의 발산 가능성을 제거할 수 있다. 라이저의 거대변형으로 인한 기하학적 비선형성과 비선형 경계조건이 고려된다. 또한, 비선형성이 포함되는 수동학적 하중이 조류와 파랑에 의해 발생하여 내부에 정상류가 흐르는 라이저관의 외벽에 작용하게 된다. 이 외에도라이저 자체의 축방향 변형조건을 고려한다. Galerkin의 유한요소 근사화와 시간증분자를 적용하여 유한요소에 대한 평형 메트릭스 방정식을 유도하고, 수치해석을 위한 알고리즘을 제안하며 API 보고서의 결과와 비교함으로써 제안된 모델이 검증된다. 또한, 기하학적 비선형성으로 인한 영향을 조사하였다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권4호
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• pp.325-344
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• 2016

Using 3D computational fluid dynamics techniques in recent years have shed significant light on the Vortex Induced Vibrations (VIV) encountered by deep-water marine risers. The fatigue damage accumulated due to these vibrations has posed a great concern to the offshore industry. This paper aims to present an algorithm to predict the crossflow and inline fatigue damage for very long (L/D > $10^3$) marine risers using a Finite-Analytical Navier-Stokes (FANS) technique coupled with a tensioned beam motion solver and rainflow counting fatigue module. Large Eddy Simulation (LES) method has been used to simulate the turbulence in the flow. An overset grid system is employed to mesh the riser geometry and the wake field around the riser. Risers from NDP (2003) and Miami (2006) experiments are used for simulation with uniform, linearly sheared and non-uniform (non-linearly sheared) current profiles. The simulation results including inline and crossflow motion, modal decomposition, spectral densities and fatigue damage rate are compared to the experimental data and useful conclusions are drawn.

• Ocean Systems Engineering
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• 제7권3호
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• pp.225-246
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• 2017

Excessive dynamic-tension variations on the top-tensioned risers (TTRs) deteriorate the structural integrity and cause potential safety hazards. This phenomenon has become more remarkable in the development of deep-water fields with harsher environmental loads. The conventional prediction method of tension variations in hydro-pneumatic tensioner (HPT) has the disadvantage to underestimate the magnitude of cyclic loads. The actual excessive dynamic tension variations are larger when considering the viscous frictional fluid effects. In this paper, a suppression method of tension variations in HPT is modeled by incorporating the magneto-rheological (MR) damper and linear-force actuator. The mathematical models of the combined HPT and MR damper are developed and a force-control scheme is introduced to compensate the excessive tension variations on the riser tensioner ring. Numerical simulations and analyses are conducted to evaluate the suppression of tension variations in HPT under both regular- and irregular-wave conditions for a drilling riser of a tensioned-leg platform (TLP). The results show that significant reduction of tension variations can be achieved by introducing the proposed system. This research has provided a theoretical foundation for the HPT tension control and related structural protection.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권1호
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• pp.22-28
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• 2015

1 MW 해수온도차발전 시스템의 라이저에 관한 설계를 수행한다. 라이저의 직경은 1 MW 발전을 위한 심층수 취수량에 기초하여 결정되고, 관종은 제작 가능한 상업용 파이프를 대상으로 종류별 특성을 분석한 후 선정한다. 강관, GFRP관, 그리고 HDPE관 중 HDPE관을 선정하며, 선정된 관종의 중량과 강도를 보강하기 위하여 설계를 수행한다. HDPE 라이저 하부 끝단에 중량체를 설치하여 중량을 보강하며, HDPE 라이저 축방향으로 와이어로프를 설치하여 강도를 보강한다. 중량체의 중량은 GFRP관 무게 대비 25%와 50%가 되도록 설계되며, 라이저 끝단에 연결되는 중량체의 모든 하중은 와이어로프가 지지하도록 설계된다. 설계된 HDPE라이저는 연중 온도차발전이 가능한 하와이 인근 해역에 설치되는 것으로 가정하여, 수치해석적 방법에 의한 안전성 평가를 수행한다. 안전성이 검증된 HDPE 라이저에 대하여 경제적으로 가장 유리한 HDPE 라이저의 최종 제원을 결정한다. 설계된 라이저는 향후 1MW 해수온도차발전 시스템 실증을 위한 설계 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국해양공학회지
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• 제26권1호
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• pp.78-83
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• 2012

The abundant nutrients contained in deep seawater are delivered by natural upwellings from the deep sea to the surface sea. However, the natural upwelling phenomenon is limited to specific areas of the sea; in other areas, the thermocline separates the surface sea from the lower layer. Thus, the surface layer is often deficient in nutritive salts, causing the deterioration of its primary productivity and ultimately leading to an imbalance in the marine ecosystem. Without a consistent supply of nitrogenous nutritive salts, they are absorbed by phytoplankton, resulting in a considerable problem in primary productivity. To solve this issue, a floating type of artificial upwelling system is suggested to artificially pump up, distribute, and diffuse deep seawater containing rich nutritive salts. The key technologies for developing such a floating artificial upwelling system are a floating offshore structure with a large diameter riser, self-supplying energy system, density current generating system, method for estimating the emission and absorption of CO2, and way to evaluate the primary production variation. Strengthening the primary production of the sea by supplying deep seawater to the sea surface will result in a sea environment with abundant fishery resources.

• Water Engineering Research
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• 제3권2호
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• pp.93-111
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• 2002

In this paper, mixing characteristics and dilution of the merging buoyant discharges from array of multiple jets has been extensively studied in the hydraulic model experiments. New equations for dilution, which include the merging effects correctly, were derived. Experiments were constructed in a 20-m long, 4.9-m wide and 0.6-m deep flume, and the model diffuser was manufactured to indicate the typical characteristics of the existing ocean wastewater outfall in South Korea. Buoyant discharge from the diffuser was reproduced using heated water. Water temperature was measured using CC-Type thermocouple sensors, which were connected to a 40-channel data logger. Experimental results show that merging between ports in a particular riser is dependent upon the discharge densimetric Froude number, whereas merging between two ports which are facing each other at 90$\circ$ at the adjacent risers is dependent upon the discharge densimetric Froude number and distance from the port and port spacing. Centerline dilution increase with distance from the port outlet until two plumes has merged. However, after merging occurs, increase of the centerline dilution almost stops. Further distance from the position where merging occurs, centerline dilution increases again.

• 수산해양기술연구
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• 제38권4호
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• pp.259-264
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• 2002

인장계류된 원통형실린더의 동적 거동해석에 관한 일련의 연구수행 결과는 다음과 같다. 1) 실린더형 부유체의 중심점을 인장계류시킨 새로운 개념의 부유식 구조물의 동적거동특성을 파악하였다. 2) 규칙파에서도 부유체와 테더(tether), 입사파의 상호간섭으로 인한 운동특성을 해석하였다. 3) 비선형유체력(2w, 3w)으로 인한 비선형 운동 응답 특성을 분석하였다. 4) 테더강성(tether stiffness)의 결정에 있어서 부유체와의 상호간섭 효과 뿐만 아니라 고주파수 영역에서의 공진을 충분히 고려하여 결정해야 한다. 5) 구조물의 설계시 Surge mode에서는 장주기 표류운동을 발생시키므로 Set down 등의 현상을 고려해야 한다.

• 자원환경지질
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• 제49권6호
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• pp.479-490
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• 2016

해저 착저식 시추 시스템은 해저 광물자원 시추를 위해 최근 들어 사용이 증가하고 있는 시추 시스템이다. 2016년 3월 일본 근해에서 수행된 해저 착저식 시추 시스템 실해역 테스트의 과정, 결과 및 착저식 시추 기술과 관련된 국제동향을 보고한다. 해저 착저식 시추기는 선상 탑재식 시추기와 비교하여 1000~3000 m 사이 수심의 좁은 면적에 산재하여 분포하는 광체를 100 m 내외의 깊이로 시추하는데 유리한 시추 시스템이다. 해저 착저식 시추 시스템은 시추에 필요한 동력, 시추로드 및 코어베럴 등을 착저식 시추기에 장착한 후 해저 착저를 시켜 시추를 수행한다. 시추 시 획득되는 암추 시료는 시추기와 함께 회수한다. 본 실해역 시험 시추에서 회수된 시료는 모두 현무암으로, 시추 시료 회수율은 약 55%를 보인다. 그러나 현무암 보다 연약한 열수 광체를 시추 할 경우 이보다 회수율이 낮을 것으로 판단된다. 회수율을 높이기 위해 전통적인 암추 시료 회수 방법에 부가하여 무암추 시료 회수 방법을 이용하기도 하며, 최근에는 보다 안정적인 무암추 시료 회수를 위해 reverse circulation 방법 적용이 고려되고 있다. 착저 방식에 있어서 세 개 및 네 개의 다리를 이용하여 착저하는 방법이 경쟁하고 있으나, 더 많은 시추 결과를 통해 해저 착저에 유리한 방안을 고려하여야 한다.