Les chercheurs d'A*STAR ont développé un modèle capable de simuler les forces complexes exercées par l'écoulement de l'eau sur un ensemble de cylindres supportant des structures hydriques telles que des plates-formes pétrolières. Le travail démontre l'utilité des simulations numériques pour étudier des scénarios physiques complexes du monde réel.

Lors de la conception d'une plateforme off-shore, les ingénieurs doivent être capables de prédire comment il sera affecté par le mouvement de l'eau de mer environnante. En tant que structures cylindriques telles que les échangeurs de chaleur, cheminées et colonnes montantes, sont généralement déployés au point où les plates-formes pénètrent dans l'océan, il est essentiel de comprendre les forces exercées sur eux par l'écoulement de l'eau dans des conditions marines variables.

L'eau qui s'écoule autour d'un seul cylindre crée des tourbillons oscillants, des courants d'eau tourbillonnants. Ce délestage dit tourbillonnaire peut provoquer des vibrations dans la structure. Celles-ci atteignent typiquement une amplitude maximale lorsque la vitesse d'écoulement est telle que la fréquence d'oscillation de délestage est proche de la fréquence mécanique naturelle de la structure; ceci est également connu comme la fréquence de verrouillage.

Cependant, dans le cas de plusieurs cylindres rapprochés, les interactions entre les écoulements autour des cylindres adjacents créent également des vibrations. L'influence de ces vibrations induites par le sillage est mal comprise, et une théorie cohérente pour eux n'a pas encore été développée.

Maintenant, Vinh Tan Nguyen, Wai Hong Ronald Chan et Hoang Huy Nguyen de l'A*STAR Institute of High Performance Computing ont utilisé une approche numérique de la dynamique des fluides pour modéliser les vibrations induites par le sillage dans diverses conditions d'écoulement.

L'équipe utilise un modèle numérique pour les interactions fluide-structure, qui prend en compte les effets couplés des tourbillons sur les réponses de la structure et vice versa. Ils ont testé la fiabilité de leur approche en comparant la prédiction numérique avec les résultats de deux études expérimentales récentes. L'accord était raisonnablement bon, et la simulation a pu prédire l'observation empirique selon laquelle une vitesse d'écoulement accrue conduit à des vibrations d'amplitude plus élevée. Notamment, contrairement au cas du monocylindre, l'amplitude de réponse reste grande lorsque la vitesse d'écoulement augmente, même loin de la fréquence de verrouillage. Ce phénomène est une préoccupation pour les risers déployés dans des conditions de haute mer dans un arrangement en tandem.

"Nous travaillons à une meilleure compréhension de ces phénomènes dans une perspective plus détaillée de la dynamique des fluides, ", déclare Vinh-Tan Nguyen. "En fin de compte, nous aimerions caractériser pleinement ce comportement et fournir un outil efficace aux ingénieurs pour mieux concevoir les colonnes montantes et les structures offshore dans ces conditions similaires."