17864

17864

شبيه‏ سازي عددي هيدروديناميك ميدان امواج در مقابل سازه ي مبدل انرژي نوع owsc (در حالت بدون دوران)

كارشناسي ارشد

سواحل بنادر و سازه هاي دريايي

تير ماه 1396

دكتر عباس يگانه بختياري

دكتر فاطمه حاجي وليئي

عمران

امواج دريايي يكي از پاك‏ترين و عظيم‏ترين انواع منابع انرژي‏ تجديدپذير به شمار مي‏رود. افزايش نگراني‏هاي جهاني در حوزه انرژي‏ در سال‏هاي اخير باعث شده است تا مبحث بهره‏برداري انرژي از امواج توجه فراواني را به خود جلب كند. مبدل نوسانگر باله‏اي يا OWSC در ميان انواع مبدل‏هاي ابداع‏شده براي بهره‏برداري انرژي امواج، يكي از موفق‏ترين نمونه‏ها است. اين مبدل متشكل از باله‏اي است كه عمود بر راستاي تابش امواج قرار گرفته و در اثر برخورد امواج حول مفصلي مستقر در نزديكي بستر دريا نوسان مي‏كند. بررسي اثرات هيدروديناميكي سازه‏ي مبدل بر محيط دريا، يكي از جنبه‏هاي مهم طراحي اين سازه‏ها است كه كمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. اندركنش موج با سازه‏ي مبدل باعث تغيير در هيدروديناميك ميدان امواج و متعاقبا تغيير الگوي جريان‏هاي متوسط برشي در اطراف آن مي‏شود. يكي از مهم‏ترين جنبه‏هاي مطالعه‏ي الگوي جريان‏هاي متوسط برشي، نقش كليدي اين جريان‏ها در وقوع آبشستگي پاي سازه‏ است. به عبارتي ديگر بررسي هيدروديناميك ميدان امواج در مقابل سازه و تاثيرات آن بر بستر دريا در اطراف سازه‏ي مبدل، مقدمه‏اي براي مقابله با‏ آبشستگي است كه يكي از تهديدات اصلي پايداري سازه‏هاي دريايي به شمار مي‏رود. در اين پايان‌نامه از نرم‏افزار متن‏باز OpenFoam‏ براي ساخت يك مدل سه‌بعدي عددي در مقياس 1/25 بر پايه‏ي معادلات ناوير- استوكس متوسط گيري شده در زمان (RANS)، در كنار مدل آشفتگي SST براي شبيه‏سازي اندركنش موج با يك مبدل نوسانگر باله‏اي استفاده شده است. در تحقيق حاضر به منظور اجتناب از پيچيدگي مدل و كاهش هزينه‏ها‏ي محاسباتي، دوران باله‏ي مبدل در مدلسازي منظور نشده است ليكن با هدف بدست آوردن تخميني اوليه از اثرات دوران باله بر مساله، در مدلسازي عددي علاوه بر حالت قرارگيري باله‏ در راستا‏ي قائم، دو مدل نيز براي حالت قرارگيري باله در زواياي حدي عملكرد خود ايجاد شده است. به منظور اطمينان از صحت عملكرد مدل نيز نتايج مدل‏هاي عددي دوبعدي و سه‌بعدي با داده‏هاي آزمايشگاهي موجود مقايسه شده است. نتايج شبيه‏سازي نشان مي‏دهد الگوي جريان شكل گرفته در مقابل مبدل متفاوت از الگوي تشكيل شده در مقابل بدنه‏‏ي سازه‏‏هاي با ديوار قائم است چرا كه طول محدود باله موجب انعكاس ناقص موج از سازه شده و تشكيل امواج ايستا و در پي آن الگوي سلول‏هاي جريان‏ پايدار چرخشي را نيز مختل نموده است. از سوي ديگر گردابه‏هاي ‏تشكيل شده اطراف لبه‏ي باله‏ي مبدل در هر دوره تناوب موج ميدان جريان را شديداً تحت تأثير قرار داده و موجب افزايش سرعت جريان در اين ناحيه شده است. اين افزايش سرعت در قالب افزايش تنش برشي، بستر دريا را در اين ناحيه مستعد وقوع آبشستگي مي‏نمايد. الگوي ناحيه‏ي بحراني تنش شباهت زيادي به الگوي آبشستگي اطراف سر موجشكن‏هاي ديوار قائم دارد، اين در حالي است كه در تحقيقات پيشين، به دليل دو-بعدي در نظر گرفتن مسئله، تشكيل جريان‏هاي پايدار چرخشي به عنوان عامل تعيين‏كننده‌ِ‏ي وقوع آبشستگي شناخته مي‏شد.

1396/07/15

1/1/1900 12:00:00 AM

Oscillating wave surge converters are one of the most efficient devices for extracting power from sea waves. Despite the significant attention paid to this technology recently, there is still limited knowledge about it. This paper presents a 3D model for simulation of wave interaction with a flap type bottom hinged energy device to explore the flow pattern around it. The flap is assumed to be fixed in three different angels due to avoiding the complexity of modeling dynamic mesh .In this model, OpenFOAM, was utilizes to solve the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations. A k–ω SST turbulence closure model was implemented and the free surface was traced using the VOF method. The obtained results showed a different pattern of steady streaming in front of the flap from that of the previous 2D studies. The numerical results indicated on the importance of formation of lee-wake vortices behind the flap along with the pattern of steady streaming, which can be interpreted as the major cause to the local scour around the device.