제6장 최적화
6.2 유체정역학적 최적화
본 연구에서는 반잠수식 부유체의 컬럼 직경, 컬럼 높이, 컬럼 중심 간의 거리 등을 최적화의 매개변수로 사용하였다. 다음은 최적화에 사용된 부유체의 매개변수들을 나타 내며, Fig. 6.2, 6.3과 같다. 각 매개변수들은 최소 10개, 최대 40개의 케이스를 가지며, 이로부터 총 1,600,000개의 조합을 검토하였다.
· H1 : 상부 컬럼의 높이(Draft – H2) (40개)
- 단, Freeboard는 에어갭 등을 고려하여 결정 된 값이므로 고정하였음
· H2 : 하부 컬럼의 높이 (10개)
· D1 : 상부 컬럼의 직경 (10개)
· D2 : 하부 컬럼의 직경 (10개)
· L : 컬럼 중심 간의 거리 (40개)
Fig. 6.2 Platform parameters used for optimization (1)
Fig. 6.3 Platform parameters used for optimization (2)
앞서 선정한 매개변수들의 조합을 통해 1,600,000개의 케이스를 만들 수 있고, 이는 UOU Natural mode code(이하 UOU NM)를 통하여 부유체의 질량, 질량 중심, 이너 셔, 상하동요(Heave) 및 종동요(Pitch) 운동의 고유 주기, 정격에서의 종동요(Pitch) 각 도 등을 계산할 수 있다. 부유체의 강재의 두께는 50 mm로 하여 계산하였고, 발라스 트는 식(6.1)을 이용하여 계산하였다. 부유체의 상하동요(Heave) 및 종동요(Pitch)의 고 유 주기는 각각 식(6.2)와 식(6.3)을 이용하여 계산하였으며, 정격에서의 종동요(Pitch) 각도는 식(6.4)를 이용하여 계산하였다.
∑
(6.1)
(6.2)
(6.3)
(6.4)
위 식의 결과는 OC4 Definition[3]과 참고문헌[43] 정보와의 비교를 수행하였고, 오차 율은 5 % 이내인 것으로 확인하였다. Table 6.1과 6.2는 각각 UOU NM으로 계산한 결과와 참고문헌 정보와의 오차율을 보여주며, UOU NM의 계산 결과의 타당성을 입 증한다.
Table 6.1 Comparison of our results and reference information (1)
Properties Unit UOU NM OC4
Definition [7] Diff.
Platform mass kg 13,480,000 13,470,000 0.07 % Platform steel mass kg 3,872,200 3,852,200 0.52 %
V0 m3 13,919 13,917 0.01 %
CM of platform m 13.52 13.46 0.45 %
CB below SWL m 13.17 13.15 0.15 %
Platform Iyy kgm2 6.941E+09 6.827E+09 1.67 % Platform Izz kgm2 1.174E+10 1.226E+10 - 4.24 %
Table 6.2 Comparison of our results and reference information (2)
Performance Unit UOU NM Ref. [6] Diff.
T33 (Heave N.P) s 17.22 17.40 -1.03 %
T55 (Pitch N.P) s 27.38 27.00 1.41 %
Pitch_rated deg 3.47 3.50 0.86 %
UOU NM을 이용하여 계산된 상하동요(Heave) 및 종동요(Pitch)의 고유 주기 및 정 격에서의 종동요(Pitch) 각도의 제약 조건을 이용하여 1,600,000개의 케이스를 495,000 개의 케이스로 줄였다. 상하동요(Heave) 및 종동요(Pitch)의 고유 주기는 파도의 고유 주기와 일치하면 공진 현상이 발생하므로 파도의 고유 주기를 피해서 설계하는 것이 중요하다. 일반적인 파도의 주기는 약 10초 정도이다. 본 연구에서는 이러한 파도의 고 유 주기를 회피할 수 있게끔, 상하동요(Heave) 및 종동요(Pitch)의 고유 주기가 20초 이상인 케이스들만 고려하였다. 정격에서의 종동요(Pitch) 각도는 5°이하인 케이스들만 고려하였다. Fig. 6.4는 UOU NM을 이용하여 계산한 1,600,000개의 케이스 중 일부를 나타내며, Fig. 6.5, 6.6, 6.7은 제약 조건(상하동요 및 종동요 고유 주기가 20초 이상, 정격에서의 종동요(Pitch) 각도 5°이하)이 반영된 부유체의 부피에 따른 상하동요 (Heave) 및 종동요(Pitch)의 고유 주기, 정격에서의 종동요(Pitch) 각도를 나타낸다.
Fig. 6.4 Platform characteristics and performance calculations
Fig. 6.5 Heave natural period according to the volume of the platform
Fig. 6.6 Pitch natural period according to the volume of the platform
Fig. 6.7 Pitch angle at rated according to the volume of the platform
분석에 사용될 부유체 부피의 범위를 13,000 ~ 22,000 m3으로 결정하였고, 범위 내 의 케이스를 추출하였다. 이때의 케이스는 약 2,000개였고, 이들을 이용하여 유체동역 학적 최적화를 수행하였다. Fig. 6.8은 부유체 정격에서의 부유체 종동요(Pitch) 각도와 부피의 제약조건에 의해 케이스를 약 495,000개에서 2,000개까지 줄인 것을 나타낸다.
Fig. 6.8 Case reduction due to platform volume constraint