مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز یکشنبه ۲۹ مهر ۱۳۹۷

هیدرودینامیک بویه مهارشده با رویکرد بهبود در جذب انرژی موج

چکیده



در مبدل‌های تک-بدنه جاذب نقطه‌ای انرژی موج اقیانوسی، نوساناتِ یک جسم شناور (بویه) عامل اصلی تولید الکتریسیته است. بهینه‌سازی هندسه بویه راهی برای افزایش راندمان در این مبدل‌ها محسوب ‌می‌شود. در تحقیق حاضر، فرآیندِ جذب انرژی موج در مبدل جاذب نقطه‌ای، به یک سیستم فنر-‌میراگر خطی شبیه‌سازی شده‌است. دو هندسه برای بویه مبدل مدل‌سازی‌شده (بویه مخروطی و بویه کپ‌کروی) در نظر گرفته‌شده‌است. بررسی تأثیر هندسه بویه بر دینامیک آن در موج غیرخطی و همچنین، مقایسه عملکرد دینامیکی دو بویه‌ بر راندمان مبدل انرژی موج انجام شده‌است. نحوه یکسان‌سازی شرایط محیطی و مدل‌سازی دو مدل مهارشده، موردبحث قرارگرفته‌است و یک روش یکسان‌سازی پیشنهاد شده‌است. انرژی مؤثر موج بر هر مدل، بر اساس مشخصات هندسه بویه آن، محاسبه‌شده است. سپس، تحلیل هیدرودینامیک مُدل مهارشده، به روش المان مرزی و با رعایت حاکمیت استفاده از تئوری تفرق انجام‌شده است. موج برخوردی به مدل، موج استوکس مرتبه دوم در نظر گرفته‌شده است.

 نتایج در حوزه زمان و فرکانس به‌دست‌آمده است و با نتایج پژوهش‌ِ در دسترس، اعتبار سنجی شده است. حداکثر پاسخ دینامیکی بویه مهارشده با هندسه کَپ‌ِکروی در هیو و سرج (جهت قائم و افق) به ترتیب؛ حدود 4/4 و 3/11درصد بیشتر از مدل دیگر می‌باشد. ضمناً، مبدل مدل‌سازی شده با بویه کَپ‌ِکروی نسبت به مدل با بویه مخروطی، در جذب انرژی موج موفق‌تر است. متوسط درصد جذب انرژی موج در مبدل مدل‌سازی شده با بویه کَپ‌کروی در حدود 2/2 تا 5/2 درصد بیشتر از مدل دیگر است. متوسط درصد جذب انرژی موج توسط دو مدل، بین 20 تا 24 درصد پیش‌بینی‌شده است.


نمای مطلب

هیدرودینامیک بویه مهارشده با رویکرد بهبود در جذب انرژی موج



مقدمه



 انرژی امواج قابل‌اعتمادتر نسبت به دیگر انرژی‌های تجدیدپذیر است‌  زیرا چگالی و پراکندگی آن بیشتر است‌  البته مناطقی با شار انرژی موج متوسط‌  مناسب‌تر از مناطق پرانرژی‌تر  ‌ناپایدارتر  مانند مناطق نزدیک ساحل و کم‌عمق است‌  در این مناطق انرژی تولیدی از موج منظم‌تر  تعمیر و نگهداری و نیز دسترسی به دستگاه مبدل و انرژی تولیدی آسان‌تر است  مبدل‌های انرژی موج برای تبدیل انرژی امواج به انرژی الکتریسیته استفاده می‌شوند  مبدل‌ها انواع مختلفی مثل جاذب نقطه‌ای‌  ستون نوسانگر  تضعیف‌کننده و غیره دارند که انتخاب درست آن‌ها باید براساس ویژگی منطقه‌ای و زیست‌محیطی صورت گیرد  تاکنون طیف گسترده‌ای از فناوری‌های استحصال و تبدیل انرژی موج به الکتریسیته ارائه شده است‌  امروزه دو روش برای تبدیل انرژی استحصالی از موج متعارف یک روش استفاده از ژنراتور خطی و روش دیگر استفاده از مدار تحت‌فشار هیدرولیک است‌  در روش نخست یک سیستم الکترومغناطیس فرآیند تبدیل انرژی استحصالی از موج را به انرژی الکتریسیته انجام می‌دهد  این سیستم در مبدل تک بدنه اوپسالا کاربرد دارد  درروش دوم انرژی موج تبدیل به یک فشار هیدرولیک می‌شود و این فشار هیدرولیک ژنراتور را فعال می‌کند  سیستم مدار تحت فشار هیدرولیک در مبدل‌های دوبدنه جاذب نقطه‌ای مانند مبدل استفاده می‌شود  ‌ ‌ ‌  

 مبدل‌های جاذب نقطه‌ای یا تک بدنه و یا دوبدنه است‌  در مبدل‌های دوبدنه انرژی استحصالی از موج حاصل جابه‌جایی نسبی بین بویه و بدنه دستگاه در جهت قائم  ‌نوسان هیو بویه‌  است‌  در این نوع مبدل‌ها از سیستم مدار تحت‌فشار هیدرولیک استفاده می‌شود و بویه و بدنه دستگاه مبدل هر دو شناور است  در مبدل‌های تک‌بدنه که بویه آن‌ها شناور و بدنه بر بستر دریا ثابت شده انرژی استحصالی از موج فقط وابسته به نوسان بویه در موج است  



 پژوهش‌های زیادی در زمینه دینامیک بویه جاذب انرژی موج در امواج منظم و نامنظم انجام شده است‌  به‌طور خاص مقایسه دینامیک اشکالی از هندسه بویه در موج منظم برای آنالیز یک مبدل دوبدنه مهارشده توسط الویز و همکارانش مطالعه شده است‌  در پژوهش آن‌ها از سه هندسه برای بویه‌  شامل استوانه عمودی‌  مخروط و نیم‌کره استفاده شده که جرم و سطح تلاقی آن‌ها با آب متفاوت است  ‌ ‌ ‌



 در پژوهشی دیگر مقایسه فشار حاصل از موج بر سه هندسه بویه به کمک یک کد تجاری المان محدود شامل مخروط‌  کره و استوانه افقی با شعاع برابر ولی جرم متفاوت‌  توسط  بررسی شده است  ‌و ‌  در دو پژوهش عددی یادشده جرم بویه‌ها و یا سطح تلاقی آن‌ها با آب یکسان نیست‌  در فرآیند مقایسه عملکرد بویه‌ها در جذب انرژی موج تفاوت موجود در انرژی موثر موج بر هر بویه در محاسبات لحاظ نشده است‌



 شبیه‌سازی عددی اندرکنش بین موج و جسم شناور و نیز مقایسه نیروی کوبش بویه‌هایی که از آب خارج شده‌اند توسط دی‌بکر و همکارانش انجام‌شده است‌  تمرکز پژوهش آن‌ها بر سه شکل هندسی بویه شامل بویه کروی و بویه مخروطی با زاویه بوده است‌  آن‌ها به کمک شبیه‌سازی مبدل توسط نرم‌افزار ومیت‌  پیش‌بینی کردند که بویه مخروطی و  درجه در جذب انرژی بهتر و در میزان کوبش ک هندسه بسیار موثر است  ‌ ‌ ‌



 در پژوهشی دیگر دینامیک دو هندسه بویه  ‌مخروط و نیم‌کره‌  در موج نامنظم توسط پاستور و لی‌یو بررسی شده است‌  آن‌ها از نرم‌افزار آکوا  انسیس استفاده و پیش‌بینی کرده‌اند که ایجاد همخوانی  ‌تناسب‌  بین طول موج و قطر بویه سبب افزایش دامنه حرکت هیو بویه می‌شود  همچنین اثرات منفی حرکت پیج  را کاهش می‌دهد  ‌‌ ‌



 در دو پژوهش عددی یادشده  ‌پاستور و همکار  دی‌بکر وهمکاران‌  جرم بویه‌ها متفاوت بوده و مقدار انرژی موش موج بر هر بویه در نظر گرفته نشده است‌  در این پژوهش‌ها از نسبت توان استحصالی به حداکثر توانی که می‌توان از موج استحصال کرد استفاده شده است‌



 یکسان‌سازی شرایط محیطی و مشخصات فیزیکی بویه‌ها جهت مقایسه دینامیک آن‌ها در برخورد با موج حائز اهمیت است‌  در پژوهش‌های یادشده یا شعاع بویه‌ها یا جرم آن‌ها و یا عمق غوطه‌وری آن‌ها یکسان در نظر گرفته نشده است‌؛ بنابراین نیاز به مطالعه دوباره احساس می‌شود



 نکته قابل‌توجه آن است که در فرآیند مقایسه میزان انرژی جذب شده توسط بویه‌ها با یکدیگر و نیز مقایسه تاثیر هندسه بویه بر دینامیک آن در امواج باید جرم بویه‌ها یکسان باشد و مقدار انرژی موثر موج بر هر بویه در محاسبات لحاظ شود  انرژی موثر موج بر هر مدل وابسته به عمق غوطه‌وری بویت  ‌ است‌



 در تحقیق حاضر مبدل تک بدنه انرژی موج به یک بویه مهارشده با سیستم فنر  میراگر خطی شبیه‌سازی شده است‌  دو هندسه برای قسمت مغروق بویه در نظر گرفته شد  جرم بویه‌ها و شعاع آن‌ها  ‌یا سطح تلاقی بویه‌ها با آب‌  یکسان است‌  با توجه به عمق غوطه‌وری هر بویه انرژی موثر موج بر هر بویه محاسبه شده است تا درصد انرژی جذب‌شده از انرژی موثر موج مشخص شود



 تفاوت مهم بین پژوهش‌های مشابه یادشده و پژوهش حاضر یکسان‌سازی شرایط محیطی‌  مدل‌سازی و مشخصات فیزیکی بویه‌ها  جهت مقایسه دینامیک آن‌ها در برخورد با موج است‌  دو مدل طراحی‌شده در محیط نرم‌افزاری آکوا  انسیس در برخورد امواج غیرخطی تحلیل هیدرودینامیک شده‌اند  برای کاهش خطا و افزایش دقت نتایج مدل در شرایط آب عمیق و در محدوده حاکمیت تئوری تفرق طراحی و آنالیز شده است‌



    مبدل  انرژی موج



 مطالعات و تحقیقات ابتدایی جهت بررسی مفاهیم هیدرودینامیک و سیستم‌های جذب انرژی موج توسط بدل و فالنس  انجام شد  آنان پیشنهادهایی در مورد سیستم‌ها و روش‌های مفهومی جذب انرژی موج و تئوری‌های جذب حداکثری انرژی توسط جسم شناور متقارن و تک بدنه  ‌بویه جاذب نقطه‌ای‌  مطرح کرده‌اند



 در اواخر دههبدل و فالنس بر یک جاذب نقطه‌ای با حرکت کنترل‌شده در نروژ کار کردند  سپس فالنس و بررسی‌هایی بر طرح مبدل بدل در سال   انجام دادند  آن‌ها براساس طرح بدل به بررسی استحصال انرژی موج به روش ستون نوسانگر آب درون یک جسم شناور با سه هندسه مختلف‌  



 تمرکز بر مبدل تک بدنه با سیستم ژنراتور خطی و براساس طرح بدل در دانشگاه اوپسالا سوئد بیشتر صورت گرفته است‌  این پروژه از سال شروع شده است و در حال تکمیل و توسعه قسمت‌های مختلف آن از جمله ژنراتور خطی و هندسه بویه است  در مبدل تک بدنه اوپسالا یک سیستم ژنراتور خطی‌  تبدیل انرژی استحصالی از موج  ‌توسط بویه‌  را انجام می‌دهد  ‌شکل  ‌   ‌   ‌ ‌  در این روش بویه جاذب انرژی موج با یک مهار کابلی به سیستم الکترومغناطیس  ‌داخل بدنه مستقر بر کف دریا  متصل است‌  این سیستم شامل آهن‌ربای ثابت‌  آهن‌ربای متصل به بویه و یک دور پیج سیمی است‌  با تغییر قطبیت مغناطیسی در اثر حرکت آهن‌ربای متصل به بویه نوسانی‌  الکتریسیته تولید می‌شود  ‌ ‌این فرآیند به‌صورت طرح‌واره در شکل   که اصول کارکردی دستگاه اوپسالا نیز نمایش داده شده است  ‌   ‌ ‌  



  ‌مدل‌مازی لکرد مبدل فک بدنه در موج

 جهت محاسبه میزان انرژی استحصالی از موج در مبدل تک‌بدنه جاذب نقطه‌ای مدل‌سازی‌های متفاوتی مطرح است‌  مدل سیستم ترکیبی فنر میراگر  سیستم فنر خطی و یا سیستم میراگر خطی سه روش متداول است  در این مدل‌سازی‌ها بویه و بدنه مبدل با یکی از این سیستم‌ها به هم کوپل می‌شوند  سیستم عملکرد مبدل جاذب نقطه‌ای اوپسالا در فرآیند جذب انرژی موج  ‌شکل را می‌توان به‌صورت یک سیستم فنر خطی و یک میراگر خطی شبیه‌سازی کرد  ‌شکل در واقع با این شبیه‌سازی سیستم فنر  میراگر جایگزین سیستم مدار تبدیل انرژی در مبدل جاذب نقطه‌ای اوپسالا می‌شود  در نتیجه نیروی جذب‌شده از موج برابر با نیروی ذخیره‌شده در سیستم فنر  میراگر خواهد بود  هدف از پژوهش حاضر یکسان‌سازی شرایط محیطی و مدل‌سازی برای دو بویه مهار شده و مقایسه عملکرد دینامیکی آن‌ها در موج منظم غیرخطی است‌؛ بنابراین می‌توان از هر یک از سه سیستم یادشده نیز استفاده کرد



 در تحقیق حاضر برای محاسبه میزان انرژی استحصالی از موج از سیستم ترکیبی فنر  میراگر خطی استفاده شده است  ‌چپ شکل  ‌ ‌  این سیستم در آکوا به یک مهار با سختی خطی مشخص  ‌کابل مهار الاستیک‌  و یک ضریب میرایی ثابت در جهت شبیه‌سازی شده است  ‌راست

 کابل مهاری یک خط الاستیک است که سبب حفظ موقعیت بویه می‌شود  مقادیر سختی مهار و ضریب میرایی قابل تغییر است‌  در مجم سیستم مدل‌سازی شده شامل سه بخش بویه جاذب انرژی  ‌با دو هندسه متفاوت‌ ‌  کابل مهار و میراگر است‌



 طول کابل پس از تعادل بین نیروی جرم و بویانسی بویه در حالت آب ساکن برابر با پارامتر  است‌  با برخورد موج به بویه تغییراتی در موقعیت بویه حاصل می‌شود  این جابه‌جایی‌ها در جهت افق و قائم با پارامتر   و    ‌نوسان سرج و هیو بویه‌  در شکل  نشان داده شده است‌  پارامتر  ‌طول کابل در لحظه   است که به صورت رابطه  ‌ ‌  تعریف می‌شود  



 ‌  فرضیات



 بویه در این مدل‌سازی با یک تک کابل به بستر دریا به‌طور محکم مهار شده است‌  نیروی کشش اولیه در کابل مهاری در اثر نیرو بویانسی منفی بویه اعمال شده و کابل مهار الاستیک بین بستر دریا و مرکز ثقل بویه کشیده شده ابببب‌  میزان کشیدگی کابل  ‌تغییر طول کابل‌  بسته به کابل و نروی بویانسی منفی بویه دارد  باید به این نکته اشاره کرد که از وزن کابل و اشات تغییرات آهسته سطح آب  ‌جزر و مد ‌  جریانات دریایی و دیگر شرایط محیطی بر مدل صرف‌نظر شده است‌  بستر دریا صاف‌  بدون شیب و با ژرفای ه‌و متر فرض شده است‌  امواج برخوردی‌  منظم‌  یک‌جهت است و بررسی دامنه حرکت بویه در هیو و سرج مورد نظر است‌  برای ایجاد کشش اولیه در کابل مهاری جرم هر بویه به صورت رابطه  تعریف شده است‌



نوسانات سازه است‌  در حالی که برای طراحی یک بویه جاذب انرژی موج باید عکس آن عمل کرد و هندسه بویه طوری تعیین شود تا بیشترین دامنه حرکت در اش برخورد موج حاصل گردد



 برای مقایسه عملکرد هیدرودینامیک بویه‌ها با یکدیگر و میزان انرژی جذب‌شده توسط بویه‌ها باید جرم بویه‌ها یکسان باشد  همچنین انرژی موثر موج بر هر یک از بویه‌ها در آنالیز نتایج مورد نظر باشد  در تحقیق حاضر دو هندسه برای قسمت غوطه‌وری بویه استوانه‌ای در نظر گرفته شده است‌  این دو بویه دارای حجم غوطه‌وری و شعاع یکسان هستند  بدین ترتیب جرم بویه‌ها و سطح تلاقی آن‌ها با آب یکسان خواهد بود  برابری شعاع و حجم غوطه‌وری بویه‌ها سبب تفاوت در عمق غوطه‌وری آن‌ها شده است‌؛ بنابراین انرژی موج برخوردی برای هر دو عمق غوطه‌وری متفاوت محاسبه شده است تا درصد جذب انرژی توسط هر مدل قابل محاسبه باشد



 پژوهش عددی ویسنته و همکارانش  جهت اعتبارسنجی نتایج مورد بررسی قرار گرفته است‌  در این پژوهش دینامیک یک عدد بویه مهارشده با هندسه کره در موج منظم و نامنظم به کمک نرم‌افزار ومیت بررسی شده است‌  مشخصات این بویه و نیز دو بویه با هندسه مخروطی و کپ‌کروی  ‌نیم‌کره ناقص‌  در جدول   و شکل‌های   و   مشخص شده است‌



 تحلیل هیدرودینامیک مدل‌ها در محیط نرم‌افزاری آکوا  انسیس انجام شده است‌  این نرم‌افزار یک مجموعه ابزار قدرتمند و انعطاف‌پذیر برای آنالیز مهار و تحلیل هیدرودینامیک اجسام در محیط دریایی است که بر مبنای تئوری تفرق کدنویسی شده است  نسبت قطر بویه‌ها به طول موج همواره بزرگتر از  ‌انتخاب شده است  ‌ ‌ تا خطا محاسباتی درروند استفاده از تئوری تفرق در محاسبات کاهش یابد



 طراحی هندسه مدل نقطه آغاز به کار با این نرم‌افزار است که در محیط سالیدوردا انجام شده و به محیط نرم‌افزار انتقال یافته است‌؛ سپس پارامترهای اصلی برای تعریف محیط دریایی مانند عمق آب‌  ابعاد محیط محاسباتی و دانسیته سیال مشخص شده است‌  پس از آن مشخصه‌های مدل مانند مرکز جرم‌  مقدار جرم جسم‌  مشخصات نقطه اتصال کابل‌مهاری به جسم شناور و بستر دریا  طول اولیه کابل مهاری‌  ضرایب ثابت هیدرودینامیکی و    مشخص شده است‌



 از آن‌جایی که در ماژول آکوا در نرم‌افزار انسیس نیرو و ضرایب هیدرودینامیک  ‌جرم اضافه‌  میرایی و     براساس فرکانس امواج برخوردی و بر مبنای تئوری تفرق محاسبه می‌شود  ‌ص‌ ‌؛ بنابراین نخست فرکانس‌های امواج و جهت حرکت آن‌ها مشخص شده است‌  این فرکانس‌ها باید با فرکانس موج برخوردی که در قسمت بعدی نرم‌افزار تعریف می‌شود یکی باشد  پارامترهای دیگر که به‌عنوان اطلاعات اولیه‌  ورودی به نرم‌افزار داده می‌شود عبارت از مقدار شتاب ثقل‌  موج برخوردی و مشخصات آن‌  مشخصه‌های آنالیز  دامنه حوزه زمان‌  گزینه‌های پاسخ ویژه زمانی و ک دینامیک کابل مهاری است‌



 خروجی نرم‌افزار براساس خواسته مسئله می‌تواند شامل مقادیر نیروهای هیدرودینامیک‌  نیروی وارده بر جسم و نیروی داخلی کابل در طول زمان اجرا باشد  همچنین در خروجی برنامه‌؛ تاریخچه زمانی حرکت جسم‌  مقادیر شتاب‌  سرعت و جابه‌جایی جسم در جهات مختلف مشخص است‌



  ‌ ‌دینامک مدل



محاسبه نیروی اعمالی موج به جسم شناور و آنالیز دینامیک جسم در امواج یکی از مسائل مهم در هیدرودینامیک است‌  روش‌های متعددی جهت محاسبه این نیروها مطرح است‌  یکی از این روش‌ها حل مسئله اندرکنش موج و جسم بر پایه تئوری تفرق و به روش المان مرزی است‌  در این زمینه کارهای بسیاری صورت گرفته است‌  می‌توان به پژوهش‌های سال‌های اخیر ویلیام فینگن و همکارانش  ‌  ‌ ‌  عباس‌نیا و غیاثی  رافائل و همکارانش  ‌و  ‌  اشاره کرد



 دینامیک اجسام شناور با سیستم مهار برای کشتی و سکوهای فراساحلی به‌صورت تئوریک و به‌طور گسترده‌ای مطالعه شده است‌  در سال‌های اخیر برای مبدل‌های انرژی موج فراساحلی نیز مطالعات صورت گرفته است که می‌توان به پژوهش‌های جوهانینگ و همکارانش  ‌ ‌ ‌ ‌  آنتونیو فالکائو و همکارانش  ماکسیمیلیان و همکارانش  و نگهداری و همکارانش  اشاره کرد  آن‌ها در زمینه آنالیز دینامیکی سیستم مهار و بررسی اثرات آن بر دینامیک و راندمان مبدل انرژی موج مطالعه کرده‌اند  به طورکلی می‌توان حرکت دینامیکی جسم شناور را با معادلات حرکت  ‌و  توصیف کرد   به ترتیب بردار نیرو و ممان کلی اعمال‌شده به جسم که جرم جسم و تانسور اینرسی ممان در مرکز ثقل تعریف شده است‌  پارامتر  بردار شتاب برای حرکت انتقالی و پارامترهای بردار شتاب و سرعت زاویه‌ای است‌  معادله حرکت جسم شناور مهار شده مطابق با مدل‌سازی شکل   در



 در این‌جا نیروهای تحریک خارجی با  ‌ء تعریف شده است‌  ضریب میرایی هیدرودینامیک‌  ضریب بازگردان هیدرو استاتیک‌  سختی کابل مهار و جرم اضافه هیدرودینامیک جسم شناور به ترتیب با پارامترهای مشخص شده که وابسته به فرکانس موج   است‌  این پارامترهای هیدرودینامیک از طریق استفاده از روش المان مرزی و با رعایت حاکمیت تئوری تفرق با استفاده از آکوا محاسبه شده است‌  مقدار  به مساحت مقطع بویه که سطح آب را قطع می‌کند  وابسته است  شکل و نمایی از مدل‌سازی را در آکوا نشان می‌دهد



    اعتبارسنجی



 جهت اعتبارسنجی از پژوهش عددی ویسنته و همکارانش  استفاده شد  آن‌ها دینامیک یک بویه مهارشده با هندسه کره با شعاع  در موج منظم و نامنظم تحلیل کرده‌اند  در پژوهش آن‌ها مقادیر سختی مهار  ضریب میرایی  به ترتیب برابر با در نظر گرفته شده است‌  نخست یک بویه مهارشده با مشخصات مندرج در جدول   و شکل    ‌مطابق با مدل ویسنته‌  مدل‌سازی شد  مشخصات موج برخوردی‌  شرایط محیطی و فرضیات نیز مشابه این پژوهش در نظر گرفته شده است‌  شکل بیانگر نتایج حاصل از تحلیل حاضر با نتایج پژوهش عددی ویسنته و همکارانش است‌  براساس گراف‌های این شکل حداکثر دامنه حرکت هیو برای بویه مهارشده در پژوهش ویسنته در تحقیق حاضر متر است‌  حداکثر سرعت هیو بویه نیز به ترتیب     ‌  است‌  اختلاف نتایج در حداکثر دامنه حرکت هیو بویه برابر با سانتی‌متر  ‌  برای سرعت متر بر ثانیه  ‌  و ‌ و خطا  است‌  نسبت پاسخ هیو بویه کروی به دامنه موج برخوردی  ‌عملگر دامنه پاسخ هیو  در پژوهش ویسنته و پژوهش حاضر در شکل  در حوزه فرکانس نشان داده شده است‌  بویه مهارشده  ‌در حوزه زمان‌



 با توجه به تغییرات فشار موج در عمق آب سعی شده است که عمق غوطه‌وری بویه‌ها در یک محدوده باشد؛ بنابراین به جای بویه کروی از یک بویه کپ‌کروی  ‌نیم‌کره ناقص‌  استفاده شده است‌  در این صورت اختلاف عمق غوطه‌وری دو بویه حدود یک متر است‌  این تفاوت در عمق غوطه‌وری بویه‌ها نیز در محاسبه انرژی موثر موج برخوردی بر هر بویه لحاظ شده است‌  نتاچ عددی مرتبط با پاسخ دینامیکی دو مدل مهار شده با بویه مخروطی و با بویه کپ‌کروی به موج منظم غیرخطی  ‌استوکس مرتبه دوم  در جهت ‌هیو و سرج‌  در شکل‌های ترسیم شده است‌  دامنه موج برخوردی یک متر و زمان تناوب آن و   ثانیه فرض شده است‌  نیروی کشش اولیه در کابل ضریب ببختی کابل مهاری در نظر گرفته‌شده است‌



 متوسط دامنه حرکت بویه مهارشده شماره یک و دو در جهت کک  ‌هیو  به ترتیب برابر با  متر  در جهت به ترتیب برابر با



 براساس رابطه  ‌   برای محاسبه انرژی استحصالی از موج نیاز به محاسبه سرعت هیو و نیز تغییر طول کابل مهاری در هر بازه زمانی است‌  این مقادیر برای دو مدل مهارشده با بویه مخروطی و با بویه ‌کروی در شکل ه‌  ترسیم شده است‌  نتاچ نشان می‌دهد که متوسط سرعت بویه شماره یک و دو در جهت هیو ‌ ‌من برحسب متر بر ثانیه به ترتیب برابر با



است‌  متوسط تغییر طول کابل  ‌ برای مدل مهارشده با بویه مخروطی و با کپ کروی شکل برحسب متر به ترتیب برابر



حاصل از تحلیل هیدرودینامیک دو مدل مهارشده در حوزه زمان نشان می‌دهد که حداکثر پاسخ دینامیکی بویه مهارشده با هندسه کپ کروی در جهت ‌هیو و سرج‌  به ترتیب حدود بیشتر از مدل دیگر است‌  سرعت هیو این مدل نیز حدود   ‌ ‌   بیشتر است‌  مقادیر حداکثر دامنه حرکت بویه‌ها در جهت   ‌هیو و سرج‌  و نیز حداکثر سرعت هیو بویه‌ها و حداکثر تغییر طول کابل مهاری در جدول   بیان شده است‌



  ‌  انرژی موج



 امواج آب‌  نمادی از نیروهای اعمالی  ‌عمدتآ باد  به سیال است که تمایل به جابه‌جایی و تغییر شکل سطح سیال را دارند  حرکت امواج در سطح آب بر لایه‌های زیر سطح اثر گذاشته و موجب نوسان آن می‌شوده با توجه به شدت نیروی اعمالی به آب‌  امواج در اندازه‌ها و اشکال مختلف تولید می‌شود  ‌و ‌ ‌  به دلیل تغییر جهت و سرعت وزش باد و قابلیت تغییر جهت انتشار موج‌  امواج در عمل نامنظم و غیرقابل پیش‌بینی هستند  به هر حال نظریه‌های گوناگونی برای الگوسازی امواج دریا ارائه شده که متداول‌ترین آن‌ها نظریه ایری‌  استوکس و نوئیدال است  ‌ه‌ ‌ ‌  محدوده اعتبار هر یک از این نظریه‌ها بسته به عمق آب  ‌ارتفاع و پریود موج  ‌کل‌ ‌لها ‌  است که با دو معیار تعیین می‌شود    ‌ ‌ ‌



 در این تحقیق عمق آب زمان تناوب  ‌و ک فرض شده است‌  معیار عمق آب  ‌ شیب موج  ‌ به ترتیب برابر است که براساس گراف اعتبار تئوری امواج‌  ‌ ‌ ‌ ‌  



در رابطه  ‌و  پارامتر  انرژی موج در واحد عرض موج برحسب ژول بر متر است‌  پارامتر  به‌عنوان عمق موثر موج بر بویه برابر با عمق غوطه‌وری بویه جاذب انرژی موج در نظر گرفته شده که برای بویه مخروطی برابر با  ‌  و برای بویه کپ‌کروی ‌



 انرژی موثر موج بر هر بویه مهارشده  ‌و ‌  وابسته به مساحت موثر موج بر بویه  انرژی موج در مساحت واحد  ‌ کل‌  است که به صورت تعریف می‌شود  با تعیین مقادیر انرژی موثر موج بر هر بویه به کمک روابط  می‌توان درصد جذب انرژی و یا نسبت انرژی جذب شده از به‌دست   انرژی استحصالی از موج



 انرژی استحصالی از موج با توجه به شبیه‌سازی عملکرد مبدل جاذب نقطه‌ای  ‌شکل  ‌ ‌  وابسته به‌سرعت حرکت بویه در جهت    ‌هیو  و تغییرات طول کابل مهاری در هر بازه زمانی است‌  مقادیر انرژی استحصالی توسط دو مدل مهارشده در جدول   بیان شده است و شکل     نسبت انرژی استحصالی از موج توسط دو مدل مهارشده به انرژی موثر موج برخوردی بر هر مدل  را نشان می‌دهد



 آنالیز نتایج نشان می‌دهد که به طور متوسط در هر پریود موج دو مدل مهارشده با بویه مخروطی و کپ‌کروی به ترتیب   از انرژی موش موج را جذب می‌کند  مدل مهارشده با بویه کپ کروی به طور متوسط حدود   بیشتر انرژی جذب کرده و حداکثر این اختلاف حدود است  ‌حوزه زمان‌ ‌



دینامک مدل‌در حوزه فرکانس‌



 ابعاد مدل و دیگر فرضیات مدل‌سازی در این مرحله از محاسبات با آنالیز در حوزه زمان یکسان در نظر گرفته شده است‌  جهت آنالیز حوزه فرکانس دامنه امواج فرکانس آن‌ها در محدوده و اصل فرض شده است‌  عملگر دامنه پاسخ  ‌  برای بویه مهارشده در هیو در شکل و  نشان داده شده است‌  حداکثر این مقدار برای مخروط برای کپ کروی موج با فرکانس زاویه‌ای  ‌ رخ داده است‌



 مقادیر دامنه حرکت سرج و سرعت هیو بویه  ‌متناظر بازمان رخ داد حداکثر دامنه حرکت هیو در هرکدام از بویه‌های مهارشده‌ ‌  برای محاسبه انرژی استحصالی از موج در حوزه فرکانس به‌دست‌آمده است‌  به طوری که در محدوده زمانی که حداکثر دامنه حرکت برای هر بویه در هیو رخ داده است مقادیر دامنه حرکت سرج و نیز مقادیر سرعت هیو از بین حاصله استخراج شد  در واقع در لحظه‌ای که بیشترین جابه‌جایی هیو در بویه‌ها اتفاق افتاده مقادیر انرژی استحصالی از موج محاسبه شده است‌



مقادیر دامنه حرکت سرج برای بویه مخروطی مهارشده و بویه کپ‌کروی در شکل    نشان داده شده  ‌در محدوده زمانی که حداکثر دامنه هیو رخ داده است‌  و مقادیر مشابه برای سرعت هیو نیز در شکل  ‌  نشان داده شده است‌  دو روش دیگر برای محاسبه انرژی استحصالی از موج در حوزه فرکانس برای پژوهش‌های آینده پیشنهاد می‌شود  روش نخست استفاده از متوسط دامنه حرکت هیو و سرج بویه در هر موج است که به این روش متوسط انرژی استحصالی در هر پریود موج محاسبه می‌گردد  روش دوم پیشنهادی محاسبه انرژی استحصالی توسط هر بویه مهارشده در محدوده رخ داد حداکثر دامنه حرکت سرج بویه است‌  بدان معنا که ملاک زمان رخ داد حداکثر دامنه حرکت سرج برای بویه مهارشده باشد



 مقادیر نسبت بیانگر نسبت انرژی ا ستحصال‌شده از موج  ‌توسط دو مدل مهارشده‌  به انرژی موثر موج برخوردی به هر مدل است‌  مقادیر این نسبت در حوزه فرکانس در شکل و  نشان داده شده است‌  این نسبت مقادیر درصد انرژی جذب‌شده توسط مدل مهارشده با بویه مخروطی و بویه کپ‌کروی را در فرکانس‌های مختلف موج بیان می‌کند



 انرژی استحصالی از موج  ‌ ‌  براساس رابطه  ‌   محاسبه شده و انرژی موثر موج بر هر بویه  ‌ف‌ ‌  در فرکانس‌های مختلف براساس روابط  به‌دست‌آمده است‌  مقادیر متوسط و حداکثر درصد جذب انرژی موج توسط دو بویه مهارشده در جدول ال ارائه شده است‌  درمجم آنالیز نتاچ در حوزه فرکانس به طور متوسط مبدل مهارشده با بویه کپ‌کروی حدود نسبت مبدل مهارشده با بویه مخروطی در جذب انرژی موج موفق‌تر و حداکثر این اختلاف حدود است‌



  ‌ ‌  نتیجه‌گیری



 راندمان در مبدل‌های تک بدنه جاذب نقطه‌ای انرژی موج به عملکرد دینامیکی بویه و سیستم ژنراتور خطی آن‌ها وابسته است‌  مقایسه عملکرد دینامیکی دو بویه با هندسه مخروطی و کپ‌کروی  ‌نیم‌کره ناقص‌  در امواج منظم‌  غیرخطی و تاثیر دینامیک آن‌ها بر راندمان مبدل تک بدنه به‌عنوان مسئله این تحقیق مورد نظر بوده است‌



 در تحقیق حاضر فرآیند جذب انرژی موج در یک مبدل جاذب نقطه‌ای به یک سیستم فنر  میراگر خطی شبیه‌سازی‌شده و دو هندسه برای بویه آن در نظر گرفته شده است‌  جرم بویه‌ها و سطح تلاقی آن‌ها با آب یکسان در نظر گرفته شده و انرژی موثر موج بر هر مبدل مدل‌سازی‌شده با توجه به مشخصات هندسی بویه آن محاسبه شده است‌  یکسان‌سازی شرایط محیطی و مدل‌سازی موردبحث قرارگرفته است‌



 پاسخ هیو و سرج مدل مهارشده به امواج غیرخطی  ‌استوکس مرتبه دوم‌  و نیز سرعت هیو آن در حوزه زمان و فرکانس به‌دست‌آمده است‌  سپس تغییر طول کابل مهاری در هر بازه زمانی و انرژی موثر موج بر هر مدل محاسبه شده است‌  نتاچ مهم حاصل از تحقیق به شرح زیر است‌



  ‌  یک روش پیشنهاد شده است تا خطای مقایسه هیدرودینامیک بویه‌ها با یکدیگر و بررسی تاثیر دینامیک آن‌ها بر راندمان مبدل مدل‌سازی شده‌  کاهش یابد و شرایط مقایسه یکسان شود



  ‌  یکسان‌سازی شرایط محیطی‌  مدل‌سازی و مشخصات فیزیکی بویه‌ها  جهت مقایسه دینامیک آن‌ها در برخورد با موج‌  تفاوت مهم بین پژوهش‌های مشابه بیان‌شده و پژوهش حاضر است‌



   سه روش برای محاسبه انرژی استحصالی از موج در حوزه فرکانس پیشنهاد شده است‌  هر روش یک محدوده انرژی جذب‌شده را توصیف می‌کند  براساس این روش‌ها حداکثر و متوسط انرژی استحصالی از موج در حوزه فرکانس توسط مبدل مدل‌سازی شده قابل‌محاسبه است‌



حداکثر پاسخ دینامیکی بویه مهارشده با هندسه کپ‌کروی در جهت قائم و افق  ‌هیو و سرج‌  به ترتیب حدود   بیشتر از مدل دیگر است‌  و  متوسط و حداکثر درصد جذب انرژی موج توسط مبدل مدل‌سازی‌شده با بویه کپ‌کروی به ترتیب حدود در حوزه فرکانس و حدود در حوزه زمان بیشتر از مدل دیگر بوده است‌


مشخصات

مشخصات

توسط: محمود غیاثی؛ مهدی نظری برنجکوب مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1396 شمسی تعداد صفحات: 9 تاریخ درج: ۱۳۹۶/۳/۲۸ منبع: دیتاسرا

لینک دانلود

لینک دانلود

رمز فایل
رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

گسترش LNG در مقیاس کوچک با سرمایه گذاری بخش خصوصی (Expanding Small-Scale LNG with Private Sector Investment)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در حال حاضر با وجود منابع جدید در استرالیا و ایالات متحده شاهد وفور LNG جهت کاربردهای در مقیاس بزرگ هستیم. بازیکنان پیشرو بازار همچون شرکت های نفتی بین المللی و شرکت های نفتی دولتی، همراه با افزایش منابع، علاقه زیادی جهت تولید LNG برای کاربری های در مقیاس کوچک از خود نشان می‎دهند. عوامل اصلی رشد ... [ ادامه مطلب ]

تغذیه کشتی توسط مولد قرار گرفته در خشکی (Cold Ironing)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): تصمیمی‎که توسط اسطوره سینمای هالیوود "آرنولد شوارتزنگر" در سال 2006 بعنوان فرماندار ایالت کالیفرنیا گرفته شد، تأثیر چشمگیری بر تجارت شرکت وارتسیلا داشت. وی دستور داد تا به منظور کاهش آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه ای، سواحل ایالت کالیفرنیا به سیستم برق رسانی از خشکی به کشتی (Cold ironing) مجهز شوند. این تصمیم باعث ... [ ادامه مطلب ]

تولید برق از امواج دریا (Catching the Surge)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): در ماه سپتامبر وارتسیلا اعلام نمود که با شرکت AW-Energy جهت تولید برق از امواج دریا همکاری خواهد نمود. تکیه گاه یاتاقان های فلزی، یاتاقانهای کامپوزیتی، محفظه های آب بند لبه ای و کوپلینگ های هیدرولیک مورد استفاده در اولین WaveRoller مقیاس واقعی شرکت AW Energy، توسط وارتسیلا فراهم شده است. تجهیزات مورد استفاده در ... [ ادامه مطلب ]

برق رسانی به شبکه های ایزوله (Powering Isolated Grids)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): مجله in detail (شماره 2، 2017): این مطلب به مطالعه بر روی یک نیروگاه برق هیبریدی (مرکب) وارتسیلا (موتورهای احتراق داخلی و ذخیره کننده های انرژی) و ارزش افزوده ای که می‎تواند در اثر صرفه جویی اقتصادی و بالا بردن راندمان برای صاحبان و بهره برداران آن بهمراه داشته باشد می‎پردازد. نیروگاه هیبریدی مورد مطالعه مشتمل بر ... [ ادامه مطلب ]

آشنایی با قراردادهای عرضه LNG در مقیاس کوچک (Decoding Small-Scale LNG Supply Contracts)

 مجله in detail (شماره 2، 2017): همراه با آمدن یک سوخت جدید سؤالی به ذهن متبادر می‎شود: هزینه کردن برای آن تا چه حد منطقی است؟ مقیاس معاملات انجام شده بر روی نفت خام در سطح جهان به گونه ای است که به شفافیت قیمت آن در بازار می‎انجامد. از آنجا که معیارهای سنجش متعدد و تأمین کنندگان فراوانی در بازار وجود ... [ ادامه مطلب ]

توسعه روش طراحی و بهینه‌سازی پارامترهای عملکردی و هندسی بویلر بازیاب حرارتی با سه سطح فشار با بکارگیری تئوری ساختاری
فايل پيوست

چکیده طراحی بهینه و بهبود عملکرد مولدهای بخار بازیاب حرارتی تأثیر قابل توجهی بر بازدهی حرارتی نیروگاه های سیکل ترکیبی دارند. بنابراین، مولد بخار بازیاب حرارتی باید به گونه ای طراحی شود که میزان بازیابی حرارتی را بیشینه نموده و عملکرد کل نیروگاه را بهبود بخشد. در این مقاله، یک روش طراحی و بهینه سازی مولد بخار بازیاب حرارتی با سه ... [ ادامه مطلب ]

مطالعه تجربی متغیرهای فرا‌یند ریخته‌گری مدل فومی فداشونده با استفاده از روش تاگوچی
فايل پيوست

چکیده روش ریخته‌گری مدل فومی فدا شونده، یک روش نوین برای ریخته‌گری قطعات پیچیده می‌باشد که علاوه بر داشتن مزایای فنی و اقتصادی نسبت به روش سنتی دارای مزایای زیست محیطی نیز بوده و از این‌رو مورد توجه ویژه قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی اثر متغیرهای چگالی فوم، دمای ذوب‌ریزی و ویسکوزیته پوشان که از اثرگذارترین متغیرهای فرآیند ... [ ادامه مطلب ]

مقایسه تاثیر چیدمان مختلف تکنولوژی دنده‌های ٧ شکل در افزایش توربولانس جریان و انتقال حرارت در خنک کاری داخلی پره‌های توربین گاز
فايل پيوست

چکیده افزایش دمای گاز ورودی به توربین‌های گازی باعث افزایش قدرت و راندمان حرارتی آن‌ها خواهد شد. با توجه به محدودیت دمایی آلیاژهای مورد استفاده، به‌کارگیری روش-هایی جهت کاهش دمای اجزای توربین گاز به‌خصوص پره‌های توربین، امری ضروری خواهد بود. امروزه تکنولوژی دنده‌های V شکل نیز به علت انتقال حرارت مناسب، مورد توجه محققان و پژوهشگران خنک‌کاری داخلی پره‌های توربین گاز ... [ ادامه مطلب ]

بهبود عملکرد تکنیک روانکاری کمینه در فرایند سنگزنی با استفاده از نانوسیال ترکیبی و ارتعاشات التراسونیک
فايل پيوست

چکیده تکنیک روانکاری کمینه در فرآیند سنگزنی دارای مزایای متعدد فنی و اقتصادی است. این تکنیک نه تنها عملکرد فرآیند سنگزنی شامل یکپارچگی سطح، نیروهای سنگزنی و سایشِ چرخ سنگ را بهبود می‌بخشد. بلکه به دلیل مصرفِ بسیار پایین سیال برشی، تکنیکی سازگار با محیط است. با وجود چنین مزایایی، این تکنیک به دلیل مصرف پایین سیال برشی، دارای مشکل جدی ... [ ادامه مطلب ]

بررسی اثر نصب بالچه متحرک در دیسک گذردهی هوای انتهای چتر فرود
فايل پيوست

چکیده در این پژوهش با اعمال تحریک اجباری در میدان سیال، اثرات استفاده از ابزارهای کنترلی جدید بر رفتار چتر فرود و میزان کارایی آن مورد مطالعه قرار می‌گیرد. مدل‌سازی انجام شده با نرم‌افزار تجاری فلوئنت شبیه‌سازی و تحلیل شده‌است. ابتدا هندسه‌ی کلی پیشنهاد می‌گردد. این شبیه‌سازی‌ها در مورد تأثیر این تحریک بر رفتار جریان، کارایی چتر، نقاط پرفشار چتر اطلاعات ... [ ادامه مطلب ]

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)
فايل پيوست

تک فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 7500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)
فايل پيوست

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون های تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil-Water Skid
فايل پيوست

3 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات دینامیک: Compressors & Pumps (reciprocating & centrifugal), Oil / Water Skid در ساخت یک مجتمع پتروشیمی تجهیزات متعددی مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان
 مشخصات کلی: 

گروه: اکسل طراحی

دستورالعمل جامع آشنایی با اصول طراحی سکوهای ثابت فلزی دریایی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 25000 تومان

دستورالعمل کاربردی و گام به گام طراحی سازه های باز بتنی (پایپ رک ها) و فونداسیون
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 15000 تومان

دستورالعمل طراحی سازه های فولادی به روش DIRECT ANALYSIS METHOD بر اساس آئین نامه AISC با استفاده از نرم افزارهای SAP و ETABS
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

دستورالعمل طراحی فونداسیون های تجهیزات ارتعاشی (چرخشی، رفت و برگشتی)ـفارسی
فايل پيوست

مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 12500 تومان

تقویت کننده ی شبه تفاضلی کلاس-AB برمبنای اینورتر CMOS برای کاربردهای HF
فايل پيوست

 Abstract This paper presents a CMOS inverter-based c1ass-AB pseudo differential amplifier for HF applications using new sim pIe rail-to-rail CMFB circuit. The proposed circuit em ploys two CMOS inverters and the ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 5000 تومان

روش جاروب رو به عقب، برای حل پخش بار در شبکه های توزیع
فايل پيوست

Abstract A methodology for the analysis of radial or weakly meshed distribution systems supplying voltage dependent loads is here developed. The solution process is iterative and, at each step, loads are ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 8000 تومان

بازسازی سه بعدی و تشخیص چهره با استفاده از ICA مبتنی بر هسته و شبکه های عصبی
فايل پيوست

Abstract Kernel-based nonlinear characteristic extraction and classification algorithms are popular new research directions in machine learning. In this paper, we propose an improved photometric stereo scheme based on improved kernel-independent component ... [ ادامه مطلب ]

پرداخت و دانلود قیمت: 9000 تومان

ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
ایمیل:
support.datasara[AT]gmail[دات]com

Copyright © 2018