مطالعه ي عددي و تجربي ضرايب هيدروديناميكي و بررسي عملكرد برداشت كننده ي انرژي موج مدل نقطه اي دوبدنه اي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

دكتري

بحران سوخت‌هاي فسيلي و نگراني‌هاي زيست‌محيطي، توجه به منابع انرژي برگشت‌پذير مانند خورشيد، باد، و امواج دريا را افزايش داده‌است. امواج دريا به‌دليل چگالي بالاي انرژي و در دسترس بودن در بخش عمده‌اي از شبانه‌روز، ظرفيت قابل‌توجهي براي توليد انرژي دارند. با اين وجود، فناوري‌هاي برداشت انرژي از امواج هنوز به بلوغ كامل نرسيده و با چالش‌هايي نظير ماهيت نامنظم امواج، محيط خورنده‌ي دريا، پيچيدگي طراحي سامانه‌هاي برداشت توان و مدل‌سازي پيچيده به‌دليل چندرشته‌اي بودن، مواجه‌اند. اين چالش‌ها نيازمند استفاده از رويكردهاي پيشرفته در مدل‌سازي و تحليل سيستم‌هاي مختلف است كه هركدام شامل فيزيك متفاوتي مانند مدل‌سازي امواج دريا، تعاملات سيال-جامد، تبديل انرژي و راهبردهاي كنترلي پيچيده است. اين پژوهش با هدف بررسي رفتار هيدروديناميكي و عملكرد برداشت‌كننده‌ي انرژي موج مدل نقطه‌اي دو بدنه‌اي، از تركيب روش‌هاي عددي و تجربي استفاده كرده‌است. در روش عددي، ضرايب هيدروديناميكي و نيروهاي وارد بر سامانه با استفاده از روش المان مرزي و نرم‌افزار ANSYS AQWA محاسبه شدند. در روش تجربي، يك سكوي آزمايش مبتني بر نظريه‌هاي تشعشع و پراكندگي طراحي و ساخته شد كه امكان استخراج ضرايب هيدروديناميكي در شرايط واقعي را فراهم كرد. مقايسه نتايج عددي و تجربي نشان داد كه روش المان مرزي توانسته است ضرايب جرم افزوده، ميرايي تشعشعي و نيروي تحريك موج را با دقت بالايي محاسبه كند. همچنين، ميرايي كل هر دو بدنه به‌طور تجربي استخراج گرديد. نتايج بيانگر اين است كه ميرايي لزجت براي بدنه‌ي شناور قابل صرف‌نظر است، اما براي بدنه‌ي غوطه‌ور بايد لحاظ شود. در اين پژوهش ميرايي لزجت براي بدنه‌ي غوطه ور خطي فرض شده‌است. با انجام آزمايش حد بالايي توان مشخص گرديد كه اين فرض، نيروي تحريك موج معادل را به عنوان عامل انتقال انرژي به برداشت كننده تا 15 درصد در فركانس 6/0 هرتز بيشتر از مقدار اندازه‌گيري‌شده تخمين مي زند. اين اختلاف در ساير فركانس ها كمتر است. عملكرد برداشت‌كننده در حوزه‌هاي فركانس و زمان براي موج‌هاي منظم و نامنظم با در نظر گرفتن سامانه‌هاي برداشت توان خطي و دوراني بررسي شد. نتايج نشان داد كه در نظر نگرفتن اثر ميرايي لزجت براي بدنه‌ي غوطه‌ور، توان برداشت‌شده‌ي ميانگين را براي برداشت‌كننده‌ي مورد مطالعه تا حدود 3 برابر بيشتر محاسبه مي‌كند. در اين پژوهش همچنين تأثير اصطكاك اجزاي داخلي مكانيزم PTO دوراني بر روي ميزان توان برداشت‌شده بررسي شد. نتايج شبيه‌سازي اختلاف بين 15 تا 20 درصدي با نتايج اندازه‌گيري‌شده دارد. علت اين اختلاف مي‌تواند ناشي از در نظر نگرفتن تلفات توان در ژنراتور باشد. عملكرد برداشت‌كننده در موج نامنظم نيز با بهره‌گيري از كدهاي متن‌باز Wec-Sim بررسي شد و مشخص گرديد كه برداشت‌كننده‌ي بهينه براي منطقه‌ي مشخصي در تنگه هزمز، قادر است به طور ميانگين 2800 وات توان را برداشت كند. به‌طور خلاصه نتايج اين پژوهش، مبنايي براي طراحي، بهينه‌سازي، و ساخت برداشت‌كننده‌هاي انرژي موج با كارايي بالا فراهم مي‌كند و نقش مهمي در كاهش هزينه‌هاي طراحي و تسريع توسعه تجاري اين فناوري ايفا خواهد كرد.

234600

ساخت و توليد

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان