Interaction de vagues extrêmes avec des structures fixes ou flottantes par une approche numérique hybride

Extreme wave interaction with fixed and floating structures using hybrid coupling approach

• Auteur / Autrice : Sithik Aliyar
• Direction : Pierre Ferrant, Sriram Venkatachalam, Benjamin Bouscasse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des milieux fluides
• Date : Soutenance le 10/11/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes en cotutelle avec Indian Institute of technology (Chennai, Inde)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Lubin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Ferrant, Sriram Venkatachalam, Benjamin Bouscasse, Pierre Lubin, Trilochan Sahoo, Michel Benoit, S. Arul Jayachandran, S. Nallayarasu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Trilochan Sahoo, Michel Benoit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interaction fluide-structure

Simulation par ordinateur

Couplage, Théorie du

Amarrage (marine)

Solveurs (logiciels)

Mots clés libres

Couplage

SWENSE

OpenFOAM

SPAR

Amarres

FOWT

MoorDyn

Coupling

SWENSE

OpenFOAM

Focusing wave;

SPAR

Moorings

FOWT

MoorDyn

Résumé

La thèse vise à étudier l’efficacité et la précision des solveurs NS et SWENSE pour simuler des structures fixes et flottantes. Les deux solveurs sont basés sur OpenFOAM et sont couplés indépendamment avec HOS pour la générationd’onde en termes de domaine et d’approche de décomposition fonctionnelle. Les solveurs sont testés pour trois applications. Les première et deuxième applications présentent l’interaction d’ondes de focalisation avec des cylindresfixes et mobiles et la troisième est l’interaction d’ondes régulières et irrégulières avec la sousstructure de type OC3 Hywind SPAR. Les méthodes et paramètres de génération d’ondes pour les solveurs NS et SWENSE sont discutés endétail pour les ondes régulières, irrégulières et focalisées. Pour vérification, l’incertitude du cas est quantifiée à l’aide de l’approche d’extrapolation de Richardson et validée avec les mesures expérimentales. Une réduction significative de lataille du maillage est prévue dans les deux approches. Pour l’étude de l’interaction des ondes de corps flottant, les amarres sont modélisées de deux façons : en considérant les lignes d’amarrage comme un ressort linéaire avec une raideur de ressort définie et un couplage avec un modèle d’amarrage dynamique (MoorDyn). Les résultats numériques de l’élévation de surface, des mouvements du corps et des tensions d’amarrage sont validés par rapport aux expériences menées dans le projet SOFTWIND, et l’efficacité et la précision des deux solveurs sont comparées.

The thesis aims to study the effectiveness and accuracy of the NS and SWENSEbased solvers for simulating fixed and floating structures. Both solvers are OpenFOAM-based and are independently coupled with HOS for wave generation in terms of domain and functional decomposition approach. The solvers are tested for three applications. The first and second applications present the focusing wave interaction with fixed and moving cylinders and the third is the interaction of regular and irregular waves with the OC3 Hywind SPAR type substructure. The wave generating methods and parametersfor NS and SWENSE solvers are discussed in detail for regular, irregular, and focused waves. For verification, the case’s uncertainty is quantified using the Richardson extrapolation approach and validated with the experimental measurements.A significant reduction in the mesh size is predicted in both approaches. For the floating body wave interaction study, the moorings are modelled in two ways: by considering the mooring lines as a linear spring with defined spring stiffnessand coupling with a dynamic mooring model (MoorDyn). The numerical results of surface elevation, body motions, and mooring tensions are validated against the experiments carried out in the SOFTWIND project, and the efficiency andaccuracy of the two solvers are compared.