شماره راهنما :
2370 دكتري
پديد آورنده :
رحيمي، امير
عنوان :
مطالعه ي عددي و تجربي ضرايب هيدروديناميكي و بررسي عملكرد برداشت كننده ي انرژي موج مدل نقطه اي دوبدنه اي
گرايش تحصيلي :
ساخت و توليد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، 117ص: مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
انرژي برگشتپذير , برداشت انرژي از امواج دريا , برداشتكنندهي نقطهاي , مطالعه عددي و تجربي , ضرايب هيدروديناميكي , روش المان مرزي
تاريخ ورود اطلاعات :
1404/06/15
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1404/06/23
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
The crisis of fossil fuel depletion and increasing environmental concerns have led to a growing interest in renewable energy sources such as solar, wind, and ocean waves. Due to their high energy density and availability throughout most of the day, ocean waves hold significant potential for power generation. Nevertheless, wave energy harvesting technologies have not yet fully matured and face several challenges, including the irregular nature of waves, the corrosive marine environment, the complexity of power extraction system design, and the multidisciplinary nature of modeling, all of which require advanced analytical approaches. These systems involve diverse physical domains such as ocean wave modeling, fluid–structure interaction, energy conversion, and complex control strategies. This study aims to investigate the hydrodynamic behavior and performance of a two-body point absorber wave energy converter using a combination of numerical and experimental methods. In the numerical approach, hydrodynamic coefficients and wave-induced forces were computed using the boundary element method (BEM) implemented in ANSYS AQWA. Experimentally, a test platform based on radiation and diffraction theories was designed and constructed, enabling the extraction of hydrodynamic coefficients under realistic conditions. Comparison of the numerical and experimental results showed that the BEM accurately calculated added mass, radiation damping, and wave excitation forces. Total damping for both bodies was also experimentally extracted. The findings indicate that viscous damping can be neglected for the floating body but must be considered for the submerged body. In this study, viscous damping for the submerged body was assumed to be linear. High-amplitude testing revealed that this assumption could overestimate the equivalent wave excitation force—representing energy transfer to the harvester—by up to 15% at a frequency of 0.6 Hz. This discrepancy is lower at other frequencies. The converter’s performance was assessed in both frequency and time domains for regular and irregular waves, considering linear and rotational power take-off (PTO) systems. The results showed that neglecting viscous damping for the submerged body could overestimate the average absorbed power by up to threefold. The effect of internal friction in the rotational PTO mechanism on harvested power was also investigated. Simulated results showed a 15–20% discrepancy compared to experimental data, which may be due to neglecting power losses in the generator. The systemʹs performance under irregular waves was also analyzed using the open-source WEC-Sim code. It was found that an optimized converter for a specific location in the Strait of Hormuz could harvest an average of 2800 watts of power. In summary, the findings of this study provide a foundation for the design, optimization, and development of high-efficiency wave energy converters and contribute significantly to reducing design costs and accelerating the commercialization of this technology.
استاد راهنما :
جمشيد پرويزيان , شهريار منصورزاده
استاد داور :
احمدرضا پيشه وراصفهاني , عليرضا فدائي تهراني , علي لقماني , محمود فغفور مغربي