بررسی آزمایشگاهی کارایی هیدرودینامیکی ستون نوسانگر آب شناور در استحصال انرژی موج

نوع مقاله : مقاله کامل (پژوهشی)

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

2 گروه مهندسی آب- دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

3 استادیار گروه مهندسی آب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان

چکیده

امواج دریاها و اقیانوس‌ها از مهم‌ترین منابع انرژی تجدید پذیر هستند که می‌توانند در آینده جایگزین بخشی از سوخت‌های فسیلی شوند. جهت استفاده از انرژی امواج، روش‌ها و دستگاه‌های متعددی طراحی و ساخته شده است که غالباً دارای پیچیدگی‌های فراوان می‌باشند. ستون نوسانی آب به دلیل ساختار ساده مکانیکی به یکی از متداول‌ترین ابزارهای استحصال انرژی امواج در دنیا تبدیل شده است. با توجه به پیچیدگی‌های مربوط به شرایط هیدرودینامیک جریان و هوا در داخل این سیستم، نیاز است که از مدل‌های آزمایشگاهی جهت بررسی دقیق‌تر آن استفاده شود. در این تحقیق تأثیر ارتفاع دیواره انتهایی، موقعیت قرارگیری دستگاه و فرکانس امواج بر روی میزان توان خروجی با استفاده از مدل فیزیکی مورد بررسی قرار گرفته است. جهت بررسی تأثیر مستقیم و متقابل پارامترهای مختلف از تحلیل واریانس استفاده گردید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که هر سه پارامتر مورد بررسی تأثیر معنادار بر روی توان خروجی داشته ولی تأثیر فرکانس و دیواره انتهایی بیشتر بوده است. علاوه بر این اثرات متقابل مربوط به دیواره انتهایی، اختلاف معنادار در سطح 01/0 داشته است. استفاده از دیواره 5 و 10 سانتیمتری به ترتیب باعث افزایش توان خروجی به میزان 88/0 و 48/1 نسبت به حالت بدون دیواره شده است. علاوه بر این وجود اثر متقابل میان ارتفاع دیواره انتهایی و عمق کارگذاری، باعث کاهش کارایی دیواره 10 سانتیمتری در حالت قرارگیری سیستم در عمق زیاد گردید. این نشان می‌دهد که جهت به دست آوردن بهترین کارایی می‌بایستی علاوه بر ارتفاع دیواره انتهایی، عمق کارگذاری نیز لحاظ شود.

کلیدواژه‌ها


Alizadeh Kharkeshi, B., Shafaghat, R., Alamian, R. and Aghajani Afghan, A.H. (2020). Experimental & analytical hydrodynamic behavior investigation of an onshore OWC-WEC imposed to Caspian Sea wave conditions. International Journal of Maritime Technology. 14, 1-12.
Antonio, F.D.O. (2010). Wave energy utilization: A review of the technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 14(3), 899-918.
Elhanafi, A., Macfarlane, G. and Leong, Z. (2017) Scaling and air compressibility effects on a three-dimensional offshore stationary OWC wave energy converter. Applied Energy. 189, 1-20.
Falcão, A.F. and Henriques, J.C. (2014). Model-prototype similarity of oscillating-water-column wave energy converters. International Journal of Marine Energy. 6, 18-34.
Ferguson, T.M., Fleming, A., Penesis, I. and Macfarlane, G. (2015). Improving OWC performance prediction using polychromatic waves. Energy. 93, 1943-1952.
Hashemi, M. and Sadeghzadeh, S. (2017). Numerical investigation of the performance of oscillating water column (OWC) device under the waves character on the southern coast of Iran. Journal of Mechanical Engineering. 46(4), 281-290. (In Persian)
He, F. and Huang, Z. (2014). Hydrodynamic performance of pile-supported OWC-type structures as breakwaters: an experimental study. Ocean Engineering. 88, 618-626.
Ketabdari, M. and Ahmadi, M. (2012). Feasibility study of sea wave energy absorption in southern part of Iran using numerical modeling. Iranian Journal of Marine Science and Technology. 15(60), 20-29. (In Persian)
Liu, Z., Xu, C. and Kim, K. (2021). Overall performance of a model OWC system under the free-spinning mode: An experimental study. Ocean Engineering. 227, 108890.
Masoomi, M. and Yousefifard, M. (2020). Performance analysis and investigation of the forces acting on the sea wave energy converter based on an oscillating water column under regular wave by numerical method. Marine Technology. 7(1), 101-114. (In Persian)
Mendonça, A., Dias J., Didier, E., Fortes, C.J.E.M., Neves, M.G., Reis, M.T., Conde, J.M.P., Poseiro, P. and Teixeira, P.R.F. (2018). An integrated tool for modelling oscillating water column (OWC) wave energy converters (WEC) in vertical breakwaters. Hydro-environment Research. 19, 198-213.
Morrison, I.G. and Greated, C.A. (1992). Oscillating water column modelling. In Coastal Engineering. 23, 502-511.
Pereiras, B., López, I., Castro, F. and Iglesias, G. (2015). Non-dimensional analysis for matching an impulse turbine to an OWC (oscillating water column) with an optimum energy transfer. Energy. 87, 481-489.
Portillo, J.C.C., Collins, K.M., Gomes, R.P.F., Henriques, J.C.C., Gato, L.M.C., Howey, B.D., Hann, M.R., Greaves, D.M. and Falcão, A.F.O. (2020). Wave energy converter physical model design and testing: The case of floating oscillating-water-columns. Applied Energy. 278, 115638.
Postma, G.M. (1989). Wave reflection from rock slopes under random wave attack. MS thesis, Delft University of Technology, Department of Civil Engingineering.
Ram, K.R., Ahmed, M.R., Zullah, M.A. and Lee, Y. H. (2016). Experimental studies on the flow characteristics in an inclined bend-free OWC device. Ocean Engineering and Science. 1(1), 77-83.
Sameti, M. and Farahi, E. (2014). Output power for an oscillating water column wave energy convertion device. Ocean and Environmental Fluid Research. 1(2), 27-34.
Seelig, W.N. and Ahrens, J.P. (1981). Estimation of wave reflection and energy dissipation coefficients for beaches, revetments, and breakwaters. Coastal Engineering Research Center Fort Belvoir VA.
Shahsavarizadeh, A., Zahiri, J. and Jafari, A. (2019). Effect of the back wall draft on the performance of oscillating water column for wave energy extraction. Iranian Journal of Soil and Water Research. 50(8), 1937-1949. (In Persian)
Sheng, W. (2019). Motion and performance of BBDB OWC wave energy converters: I, hydrodynamics. Renewable Energy. 138, 106-120.
Sheng, W., Alcorn, R. and Lewis, T. (2014) Physical modelling of wave energy converters. Ocean Engineering. 84, 29-36.
Viviano, A., Naty, S. and Foti, E., (2018). Scale effects in physical modelling of a generalized OWC. Ocean Engineering. 162, 248-258.
Weber, J. (2007) Representation of non-linear aero-thermodynamic effects during small scale physical modelling of OWC WECs. In Proceedings of the 7th European Wave and Tidal Energy Conference, Porto, Portugal (Vol. 895).
Zabihi, M., Mazaheri, S. and Montazeri Namin, M. (2018). Experimental study of wave spectrum type impact on inner chamber fluctuation, pressure and reflection of OWC device. International Journal of Coastal and Offshore Engineering. 2(3), 19-27.
Zanuttigh, B. and van der Meer, J.W. (2008). Wave reflection from coastal structures in design conditions. Coastal engineering. 55(10), 771-779.
Zheng, S., Antonini, A., Zhang, Y., Greaves, D., Miles, J. and Iglesias, G. (2019). Wave power extraction from multiple oscillating water columns along a straight coast. Journal of Fluid Mechanics. 878, 445-480.
Zheng, S., Antonini, A., Zhang, Y., Miles, J., Greaves, D., Zhu, G. and Iglesias, G. (2020). Hydrodynamic performance of a multi-oscillating water column (OWC) platform. Applied Ocean Research. 99, 102168.