Flow Analysis around a Offshore Structure and Managed Ice Floes for Arctic Resource Development

北極圏には石油や天然ガスといった資源が豊富に存在しており，氷海域における資源開発も行われている．海洋資源開発のための構造物は，大小の氷盤群と干渉して力を受けるが，着底式の構造物とは異なり，今後さらなる使用が期待される浮体式構造物では過度な動揺がパイプラインや係留系に損傷を及ぼし事故につながる．また，安全性評価においては構造物に作用する荷重に加えて構造物の動揺も評価することが求められ，動揺に伴う流場の変化やそれに基づく氷盤の挙動を精度良く推定し，構造物に作用する荷重を評価することが重要となる．そこで本研究では，流場を介した浮体動揺と氷盤挙動の相互干渉影響を明らかにすることを目的として，離散要素法による物体運動解析と格子ボルツマン法による流場解析を埋め込み境界法で連成さえた数値計算手法を開発し，模擬氷による水槽試験の実施や過去の実験で得られたデータを用いて検証を行う．本年度は，作成している計算プログラムの検証に必要なデータを取得するため，模型を拘束した城代での曳航試験について検討を行った．対象とした構造物は，過去に氷海域で掘削の実績がある浮体式掘削リグのKullukに類似した逆円錐型の浮体であり，模擬氷には比重や価格面からベニヤ板を用いることとした．氷海域での資源開発で実施されるアイスマネジメントにより砕氷された氷盤サイズやその他環境条件を想定し，模擬氷のサイズや曳航速度などの試験条件を決定した．

北極圏には石油や天然ガスといった資源が豊富に存在しており，氷海域における資源開発も行われている．海洋資源開発のための構造物は，大小の氷盤群と干渉して力を受けるが，着底式の構造物とは異なり，今後さらなる使用が期待される浮体式構造物では過度な動揺がパイプラインや係留系に損傷を及ぼし事故につながる．また，安全性評価においては構造物に作用する荷重に加えて構造物の動揺も評価することが求められ，動揺に伴う流場の変化やそれに基づく氷盤の挙動を精度良く推定し，構造物に作用する荷重を評価することが重要となる．そこで本研究では，流場を介した浮体動揺と氷盤挙動の相互干渉影響を明らかにすることを目的として，離散要素法による物体運動解析と格子ボルツマン法による流場解析を埋め込み境界法で連成さえた数値計算手法を開発し，模擬氷による水槽試験の実施や過去の実験で得られたデータを用いて検証を行う．本年度は，作成している計算プログラムの検証に必要なデータを取得するため，模型を拘束した城代での曳航試験について検討を行った．対象とした構造物は，過去に氷海域で掘削の実績がある浮体式掘削リグのKullukに類似した逆円錐型の浮体であり，模擬氷には比重や価格面からベニヤ板を用いることとした．氷海域での資源開発で実施されるアイスマネジメントにより砕氷された氷盤サイズやその他環境条件を想定し，模擬氷のサイズや曳航速度などの試験条件を決定した．