بررسی عددی و آزمایشگاهی اثر متقابل امواج آب بر اجسام جامد غوطه ور به منظور تولید انرژی

جذب انرژی از امواج آب که همواره مورد توجه ویژه پژوهشگران بوده است را می توان بر حسب نوع عملکرد به سه روش تقسیم بندی کرد: ستون آب نوسان کننده، استفاده از سرریز آب و اجسام نوسان کننده. طراحی بهینه سامانه-هایی که بر مبنای نوسان اجسام کار می کنند به علت نیاز به پیش بینی اندرکنش امواج آب با اجسام متحرک غوطه-ور یا شناور از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. استوانه بریستول که در این پژوهش به طور کامل مورد مطالعه قرار گرفته است، یکی از سامانه هایی است که بر مبنای نوسان یک استوانه مغروق با دو درجه آزادی کار می کند. در این ارتباط به کمک اندازه گیری های آزمایشگاهی و توسعه یک برنامه عددی، اندرکنش امواج با اجسام جامد غوطه ور با تمرکز ویژه روی استوانه بریستول مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. اندازه گیری های آزمایشگاهی در تانک موج موجود در دانشگاه فردوسی مشهد انجام شده است. این تانک موج مجهز به یک موج ساز پارویی است که توانایی تولید امواجی با دوره تناوب 7/0 تا 1/2 ثانیه و با ارتفاع 10 تا 100 میلی متر را داراست. در این پژوهش، مدلی از استوانه بریستول با میراگرهای اصطکاکی طراحی و ساخته شده و عملکرد آن در برابر امواج غیرخطی در این تانک موج بررسی شده است. در روش عددی، معادلات جریان سیال لزج و معادله انتقال کسر حجمی سیال برای شبیه سازی جریان دو فازی با استفاده از روش تجزیه سه مرحله ای حل گردیده است. همچنین از روش حل حوزه مجازی برای مدلسازی حرکت اجسام جامد در سیال لزج استفاده شده است. تولید امواج در این تانک موج عددی، با شبیه سازی حرکت موج سازهای پیستونی و پارویی درون سیال انجام شده است. به منظور اعتبارسنجی روش استفاده شده برای تولید امواج، بازه ی وسیعی از امواج خطی و غیرخطی که توسط موج سازهای پیستونی و پارویی تولید شده اند، با نتایج آزمایشگاهی و عددی موجود مقایسه شده که تطابق خوبی بین آن ها مشاهده گردیده است. راندمان جذب انرژی توسط استوانه بریستول در شرایط مختلف از جمله در برابر امواج با تیزی های مختلف و با ثابت های فنر و میراگر مختلف، با استفاده از شبیه سازی عددی محاسبه شده است. نتایج به-دست آمده با نتایج تئوری و نتایج آزمایشگاهی این پژوهش و نتایج عددی و آزمایشگاهی سایر محققان مقایسه گردیده که تطابق خوبی مشاهده شده است. برخلاف روش های عددی که تاکنون برای پیش بینی راندمان استوانه بریستول استفاده شده اند، مدل عددی گسترش یافته در این پایان نامه توانایی پیش بینی رفتار استوانه بریستول در برابر امواج بسیار غیرخطی را نیز دارا می باشد. نتایج عددی و آزمایشگاهی نشان می دهند با افزایش ارتفاع امواج، تئوری خطی اعتبار خود را در پیش بینی راندمان جذب انرژی و همچنین تنظیم ثوابت فنر و میراگر برای دست یابی به راندمان حداکثر از دست می دهد. اثر این ثوابت بر راندمان جذب انرژی استوانه بریستول در برابر امواج با تیزی-های مختلف توسط تانک موج عددی گسترش یافته بررسی شده است. نتایج همچنین نشان می دهند، با افرایش ارتفاع امواج، حداکثر راندمان جذب انرژی در ضرائب استهلاکی بیشتر از آنچه تئوری خطی پیش بینی می کند اتفاق می افتد. درحالی که این مطلب در مورد ثابت فنر برعکس می باشد و با کاهش ثابت فنر، می توان راندمان جذب انرژی در امواج تیز را افزایش داد.