加振された半没水円筒に作用する流体力に関する数値的研究

摘要

洋上浮力発電は日本の広大な海域を活用した再生可能エネルギーとして、事業化に向けた研究開発が進められている。特に、日本周辺のように岸から離れるにしたがって急速に水深が増すような海域では、係留された浮体に風車を設置する方式が期待されている。浮体式洋上風車は現在技術的には実現可能なものであるが、最終的に事業化に繋げるためには経済性を確保できることが最重要の課題である。洋上風力発電が受ける風、波、海流などの外部条件を考慮した合理的な設計がなされることで、設置コストやメンテナンスコストを削減できる可能性がある。しかしながら、現状では風や波は重要な要因として考慮される一方で、剥離渦によって海洋構造物自身の動揺を引き起こすVortex-Induced Motion(VIM)はほとhど考慮されていない。VIMは、浮体式洋上風車の係留系に張力変動をあたえ、寿命低下に繋がることが懸念されており、その発現形態の解明と対策技術が求められている。浮体のVIM現象の詳細な把握のために、近年さまざまな研究が行われてきた。Wang et al. [1]は実験で端部の影響により抗力が低下したことを示した。また、藤原ら[2]は大型模型を用いたセミサブ浮体の曳航試験を行い、カラム間距離が小さいとき、干渉が強まり、振幅が単独円柱より小さくなることを示した。Shiiba et al. [3]は複数カラムで構成された浮体の強制加振実験で得られた流体力を変位に比例する付加質量力と速度に比例する減衰力と分解し、流体力のデータベースを作成し、運動方程式を解くことで、その場合の自由振動でのVIM挙動の予測モデルを開発した。しかし、セミサブ型浮体のカラム間干渉のメカニズムにはがまだ解明されていない。