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Tese

A slender-body approach for computing second-order wave forces in seakeeping simulations of floating offshore wind turbines (2021)

  • Authors:
  • Autor USP: CARMO, LUCAS HENRIQUE SOUZA DO - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PNV
  • Subjects: HIDRODINÂMICA; TURBINAS
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: Esta tese descreve o desenvolvimento de uma ferramenta numérica, denominada METiS, para a análise do comportamento no mar de turbinas eólicas flutuantes (FOWTs). Ela é baseada em uma aproximação de corpo esbelto para calcular as forças de onda de primeira e segunda ordem em estruturas compostas de cilindros esbeltos que combina a equação de Rainey, que pode ser vista como uma extensão da equação de Morison para incluir termos inerciais não lineares, com a formulação de Pinkster para as forças de segunda ordem em corpos flutuantes. Esta combinação é adotada para permitir a determinação das forças considerando a posição média do corpo, de tal forma que uma Transformada Rápida de Fourier pode ser usada para calcular de forma eficiente as séries temporais de cinemática das ondas e das forças de segunda ordem para um mar real diretamente no domínio do tempo, diferentemente do procedimento usual de resolver o problema de radiação/difração de segunda ordem no domínio da frequência e importar os resultados para códigos no domínio do tempo. Como desvantagem, efeitos de ponta devido às extremidades do cilindro e efeitos de radiação e espalhamento de ondas são perdidos, o que é aceitável desde que os diâmetros dos cilindros que compõem a estrutura sejam pequenos frente ao calado e ao comprimento das ondas. Essas condições podem ser restritivas para plataformas modernas do tipo spar e semissubmersível, que têm colunas de grande diâmetro, mas são satisfeitas por FOWTs em muitas condições de ondas relevantes. A aproximação de corpo esbelto é primeiro verificada para o caso simples de um único cilindro cruzando a superfície livre, tanto fixo quanto flutuante, sob a ação de ondas bicromáticas para diferentes combinações dos adimensionais que descrevem o problema. Os resultados são comparados com os obtidos com a teoria dedifração de ondas e a aproximação de Newman, evidenciando uma interessante complementaridade entre as duas aproximações e as condições em que cada uma delas é mais apropriada. Mostra-se a relevância dos termos de segunda ordem da formulação de Rainey, demonstrando-se que a prática usual de calcular forças de segunda ordem pela simples aplicação da equação de Morison com cinemática de ondas de segunda ordem não é estritamente correta. O método é então aplicado à análise de um modelo de uma FOWT do tipo semissubmersível, ancorada por três linhas em catenária, que foi ensaiado no tanque de provas do Tanque de Provas Numérico da Universidade de São Paulo. São apresentados três conjuntos de testes: decaimento livre do modelo ancorado; oscilações forçadas do casco; e movimentos sob a ação de ondas (bicromáticas, JONSWAP e ruído branco) e vento. Os resultados obtidos com o METiS são comparados com os experimentais e com os calculados com os software WAMIT e OpenFAST, ilustrando as capacidades e limitações de cada ferramenta.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 22.10.2021
    • Acesso à fonte
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      CARMO, Lucas Henrique Souza do. A slender-body approach for computing second-order wave forces in seakeeping simulations of floating offshore wind turbines. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-03022022-120253/. Acesso em: 30 dez. 2025.

    • APA

      Carmo, L. H. S. do. (2021). A slender-body approach for computing second-order wave forces in seakeeping simulations of floating offshore wind turbines (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-03022022-120253/

    • NLM

      Carmo LHS do. A slender-body approach for computing second-order wave forces in seakeeping simulations of floating offshore wind turbines [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 30 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-03022022-120253/

    • Vancouver

      Carmo LHS do. A slender-body approach for computing second-order wave forces in seakeeping simulations of floating offshore wind turbines [Internet]. 2021 ;[citado 2025 dez. 30 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3135/tde-03022022-120253/

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