توصيفگر ها :
مبدل انرژي موج , بالاروي موج , روگذري موج , پارامتر تشابه شكست موج , OBREC
چكيده فارسي :
عملكرد مبدل¬هاي انرژي موج از نوع روگذري، بهطور چشمگيري وابسته به تخمين دقيق دبي روگذري موج است كه اين پارامتر را به يكي از عوامل كليدي در طراحي چنين سازههايي تبديل ميكند. تحليل و درك پديده¬ي روگذري امواج مستلزم بررسي دقيق هندسه¬ي دستگاه، شرايط محيطي موج و عملكرد هيدروليكي بالاروي و روگذري موج روي شيب سازه است. در پژوهش حاضر، 180 آزمايش دو بعدي بهمنظور بررسي رفتار روگذري و بالاروي موج تحت تأثير هندسههاي مختلف دستگاه OBREC و شرايط مختلف امواج انجام شد. در اين راستا، يك پارامتر بيبعد نوين (H*√T*) براي ارزيابي توأم اثرات ارتفاع و پريود موج معرفي شد و همچنين يك پارامتر روگذري جديد (NOT) با در نظر گرفتن نوع شكست موج پيشنهاد گرديد. نتايج نشان داد كه پارامتر NOT قابليت پيشبيني مناسبي براي روگذري موج دارد و ضريب تبيين آن براي امواج ريزشي و خزشي به ترتيب %88 و %97 به دست آمد. همچنين، با تحليل رفتار امواج روي شيب سازه، مقدار بحراني پارامتر تشابه شكست موج برابر با 2/4 بين محدوده شكست ريزشي و خزشي شناسايي شد كه تغيير رفتار مشخصي در روند بالاروي و روگذري موج ايجاد ميكند. تحليل هندسه¬ي سازه نشان داد كه افزايش آبخور سطح شيب¬دار مخزن و شيب ملايمتر مخزن باعث افزايش روگذري موج و افزايش ارتفاع سطح شيب¬دار مخزن و شيب ملايمتر موج¬شكن منجر به كاهش روگذري موج مي¬شود. در نهايت با بررسي سيستماتيك تمام پارارمترهاي موثر هندسي و محيطي، معادلهاي پيشبينيكننده براي هر دو نوع شكست موج با ضرايب تبيين %82 و %84 به ترتيب براي امواج ريزشي و خزشي ارائه شد. در مقايسه با بهترين مدل موجود در منابع، فرمول پيشنهادي خطاي ميانگين نسبي را %98 كاهش داده و ميانگين ضريب تبيين آن به %83 رسيد. با توجه به پيچيدگي اندركنش موج - سازه، بررسي بالاروي و روگذري موج با رويكردي فيزيكمحور ميتواند بينش عميقي در مورد رفتار روگذري در سازههاي ساحلي، بهويژه در دستگاه OBREC، فراهم آورد. در اين پژوهش، يك روش نوين فيزيكمحور براي تخمين ارتفاع بالاروي و دبي روگذري موج ارائه شده است كه در آن، بيشينه شار تكانه موج در پاي سازه با حجم گوه آب بالا رفته بر شيب سازه و گوه آبي كه به تاج دستگاه OBREC ميرسد و از آن روگذري ميكند، ارتباط داده شد. با استفاده از اين رويكرد، مدلي تحليلي-تجربي توسعه يافت كه قادر به پيشبيني ارتفاع بالاروي موج و دبي روگذري موجبه ترتيب با ضريب تبيين %92 و %34/87 است. در اين مدل، ضخامت و سرعت جريان در تاج مخزن نيز لحاظ شده است. مزيت اصلي اين روش، تكيه آن بر اصول فيزيكي برهمكنش موج-سازه به جاي وابستگي صرف به دادههاي تجربي است. فرمولهاي پيشنهادي پس از اعتبارسنجي با دادههاي آزمايشگاهي، همخواني بسيار خوبي نشان داده و دقت بالاتري نسبت به روشهاي تجربي متداول دارند. يافتههاي اين پژوهش رويكردي قابل اعتماد با بررسي سيستماتيك پارامترهاي موثر در بازه¬ي وسيعي از داده¬ها و مبتني بر اصول فيزيكي را براي طراحي دستگاه OBREC و بهبود دقت پيشبيني بالاروي و روگذري امواج ارائه ميدهد.
چكيده انگليسي :
The performance of Overtopping Wave Energy Converters is significantly dependent on the accurate estimation of wave overtopping discharge, which makes this parameter a key factor in the design of such structures. Analysis and understanding of the wave overtopping phenomenon requires precise examination of device geometry, sea state conditions, and the hydraulic performance of wave run-up and overtopping on the structureʹs slope. In the present research, 180 two-dimensional experiments were conducted to investigate wave overtopping and run-up behavior under the influence of various OBREC device geometries and different wave conditions. In this regard, a novel dimensionless parameter (H*√T*) was introduced to jointly evaluate the effects of wave height and period, and a new overtopping parameter (NOT) was proposed considering wave breaker type. Results indicated that the NOT parameter has appropriate predictive capability, with its coefficient of determination for plunging and surging waves obtained as 88% and 97%, respectively. Also, by analyzing wave behavior on the structureʹs slope, a critical value of the surf similarity parameter equal to 4.2 was identified between the plunging and surging breaker ranges, which creates a distinct behavioral change in the wave run-up and overtopping process.
Analysis of the structureʹs geometry showed that increasing the freeboard of the reservoir slope and a gentler reservoir slope lead to increased wave overtopping, while increasing the height of the reservoir slope and a gentler breakwater slope result in reduced wave overtopping. Finally, through systematic investigation of all effective geometric and sea state parameters, a predictive equation for both wave breaker types was presented with coefficients of determination of 82% and 84%, for plunging and surging waves, respectively. Compared to the best existing model, the proposed formula reduced the mean relative error by 98% and achieved an average coefficient of determination of 83%.
Given the complexity of wave-structure interaction, investigating wave run-up and overtopping with a physics-based approach can provide deep insight into overtopping behavior in coastal structures, particularly in OBREC devices. In this research, a novel physics-based method for estimating wave run-up height and overtopping discharge is presented, in which the maximum wave momentum flux at the structureʹs toe is correlated with the volume of the water wedge run up the structureʹs slope and the water wedge that reaches the OBREC deviceʹs crest and overtops it. Using this approach, an analytical-empirical model was developed capable of predicting wave run-up height with a coefficient of determination of 92% and wave overtopping discharge of 87.34%. This model also considers flow thickness and velocity at the reservoir crest. The main advantage of this method is its reliance on the physical principles of wave-structure interaction rather than sole dependence on empirical data. The proposed formulas, after validation with laboratory data, showed excellent agreement and higher accuracy compared to conventional empirical methods.
The findings of this research provide a reliable approach with systematic investigation of effective parameters across a wide range of data and based on physical principles for the design of OBREC devices and for improving the accuracy of predicting wave run-up and overtopping.