Bu tədqiqat, iki salabənzər üzən gövdədən ibarət menteşəli dalğa enerjisi çeviricisinin fokuslanmış ekstremal dalğalar altında necə hərəkət etdiyini və hansı şəraitdə struktur baxımından daha çox yükləndiyini araşdırır. Dalğa enerjisi çeviriciləri dəniz səthindəki dalğa hərəkətindən elektrik enerjisi istehsal etməyi hədəfləyən bərpa olunan enerji sistemləridir. Lakin bu cür sistemləri yalnız enerji tutma səmərəliliyi ilə qiymətləndirmək kifayət deyil. Dəniz mühitində qəfil, böyük və qeyri-adi dalğalar qurğuda çox yüksək hərəkət, menteşə qüvvəsi və bağlama xətti yükü yarada bilər. Buna görə tədqiqatın əsas diqqəti qurğunun enerji istehsalından daha çox sağqalma qabiliyyətidir; yəni ekstremal dəniz şəraitində struktur bütövlüyünü qoruya bilməsidir.

Tədqiqatda iki üzən gövdədən və onların arasındakı menteşəli birləşmədən ibarət ikiqat sal tipli dalğa enerjisi çeviricisi ədədi olaraq modelləşdirilmişdir. Simulyasiyalar Siemens STAR-CCM+ proqramı ilə aparılmış; sərbəst səthin hərəkəti VOF üsulu, turbulentlik isə SST k-ω modeli ilə təsvir edilmişdir. Model əvvəlcə fiziki eksperiment məlumatları ilə doğrulanmış, sonra fokuslanmış ekstremal dalğa şəraitində dalğa amplitudası, pik tezliyi və iki sal arasındakı məsafə dəyişdirilərək sistematik təhlil aparılmışdır.

Tədqiqatın ən kritik nəticələrindən biri 0,7 Hz pik tezliyinin sistemdə çoxgövdəli əlaqəli rezonans yaratmasıdır. Bu şəraitdə həm hərəkət reaksiyaları, həm də menteşə qüvvələri ən yüksək səviyyəyə çatmışdır. İki sal arasındakı məsafə də sağqalma qabiliyyəti baxımından həlledicidir. 0,4 m məsafə ən böyük pitch, yəni baş-qıç yellənməsi reaksiyasını yaradarkən, 0,3 m məsafə ən yüksək menteşə yükünə səbəb olmuşdur. 0,2 m məsafədə sistem daha sinxron və daha aşağı yüklərlə hərəkət etmiş, lakin nisbi hərəkət azaldığı üçün enerji tutma potensialı məhdudlaşmışdır. 0,6 m məsafədə isə hidrodinamik əlaqə zəifləmiş və statik əyilmə momenti artmışdır.

Bu nəticələr ikiqat sal tipli dalğa enerjisi sistemlərində “daha çox hərəkət daha çox enerji deməkdir” yanaşmasının təkbaşına kifayət etmədiyini göstərir. Enerji istehsalı üçün sal gövdələri arasında nisbi hərəkət lazımdır; lakin bu nisbi hərəkət menteşə və bağlama sistemlərində kritik yüklər yarada bilər. Tədqiqat ekstremal dalğa şəraitində sal məsafəsinin, menteşə dayanıqlığının və bağlama xətti dizaynının birlikdə qiymətləndirilməli olduğunu göstərir.

Ətraflı İzah

Tədqiqatın əsas problemi nədir?

Dalğa enerjisi okean və dənizlərdə təbii olaraq mövcud olan böyük bərpa olunan enerji mənbəyidir. Dalğa enerjisi çeviriciləri, yəni wave energy converters (WEC), bu mexaniki hərəkəti istifadə oluna bilən enerjiyə çevirməyi hədəfləyir. Lakin dəniz mühiti nizamlı və yumşaq laboratoriya şəraiti deyil. Qurğular normal dalğa şəraitində enerji istehsal edərkən qəfil yaranan böyük dalğalar, fokuslanmış dalğa qrupları və ya ekstremal dəniz vəziyyətləri altında çox yüksək yüklərə məruz qala bilər.

Bu tədqiqatın əsas problemi menteşəli ikiqat sal tipli dalğa enerjisi çeviricilərinin ekstremal dalğa şəraitində necə sağ qala bilməsidir. Bu tip qurğularda iki sal gövdəsi bir-birinə menteşə ilə bağlanır. Dalğalar gəldikdə sal gövdələri bir-birinə nisbətən bucaq hərəkəti edir. Bu nisbi hərəkət enerji istehsalı üçün dəyərlidir; çünki enerji götürmə sistemi, yəni Power Take-Off (PTO), əsasən bu nisbi hərəkətdən enerji çıxarır. Lakin eyni nisbi hərəkət menteşə birləşməsində yüksək kəsilmə qüvvələri, əyilmə momentləri və yorulma təsirləri yarada bilər.

Beləliklə, dizaynda bir tarazlıq mövcuddur: qurğunun enerji istehsal etməsi üçün gövdələr kifayət qədər hərəkət etməlidir; lakin həddindən artıq hərəkət menteşə və bağlama sistemini yükləyə bilər. Tədqiqat bu tarazlığı ekstremal dalğalar altında ədədi olaraq araşdırır.

Bu problem niyə vacibdir?

Dalğa enerjisi sistemlərinin geniş yayıla bilməsi üçün yalnız səmərəli olmaları kifayət deyil; uzun müddət dənizdə qala biləcək qədər möhkəm də olmalıdırlar. Açıq dəniz mühitində texniki xidmət bahalı və çətindir. Menteşə birləşməsinin qırılması, bağlama xəttinin qopması və ya gövdələrdən birinin həddindən artıq hərəkət nəticəsində struktur zədəsi alması qurğunun tamamilə sıradan çıxmasına səbəb ola bilər. Bu isə həm iqtisadi itki, həm də təhlükəsizlik riski deməkdir.

Sal tipli dalğa enerjisi çeviriciləri gövdələr arasındakı bucaq hərəkətindən istifadə etdikləri üçün enerji tutma baxımından üstün ola bilər. Lakin eyni dizayn xüsusiyyəti ekstremal dalğalarda zəif nöqtəyə çevrilə bilər. Xüsusilə menteşə iki gövdə arasında qüvvə ötürülməsinin mərkəzindədir. Menteşə həddindən artıq yüklənərsə, bütün qurğu risk altına düşür. Buna görə tədqiqat enerji tutma səmərəliliyindən daha çox qurğunun survivability, yəni ekstremal şəraitdə funksiyasını itirmədən ayaqda qala bilməsi üzərində cəmlənir.

Gündəlik bir bənzətmə ilə ikiqat sal tipli dalğa enerjisi çeviricisini iki hissəli körpü və ya iki vaqon arasındakı oynaqlı birləşmə kimi düşünmək olar. Hissələr arasındakı elastiklik hərəkəti mümkün edir; lakin birləşmə nöqtəsi həddindən artıq yüklənərsə bütün sistem qırıla bilər. Dəniz dalğaları altında bu birləşmə hər böyük dalğada təkrar-təkrar yük qəbul edir. Buna görə birləşmənin hansı tezlikdə, hansı dalğa hündürlüyündə və hansı sal məsafəsində ən çox yükləndiyini bilmək dizayn baxımından həyati əhəmiyyət daşıyır.

Tədqiqatın ədəbiyyatda və ya tətbiqdə cavab verdiyi boşluq

Dalğa enerjisi çeviriciləri üzrə tədqiqatların mühüm hissəsi enerji tutma qabiliyyətini artırmağa yönəlir. Bu başadüşülən yanaşmadır; çünki qurğunun iqtisadi olması üçün kifayət qədər enerji istehsal etməsi lazımdır. Lakin tədqiqat yalnız enerji tutmağa fokuslanmağın natamam olduğunu vurğulayır. Real dəniz mühitində qurğunun ekstremal dalğalara davam gətirməsi də eyni dərəcədə vacibdir.

Xüsusilə sal tipli dalğa enerjisi sistemlərində menteşə birləşməsi və bağlama xətləri üzərindəki ekstremal yüklərin kifayət qədər başa düşülmədiyi bildirilir. Bəzi tədqiqatlar ekstremal dalğalarda üzən gövdənin suya batırılması kimi strategiyalarla ümumi dalğa yüklərinin azaldıla biləcəyini göstərmişdir. Lakin ikiqat sal tipli sistemlərdə əsas kritik məsələ təkcə gövdələrin aldığı ümumi yük deyil, gövdələr arasındakı menteşə birləşməsinə ötürülən yükdür.

Bu tədqiqatın doldurmağa çalışdığı boşluq belədir: Fokuslanmış ekstremal dalğalar altında ikiqat sal tipli WEC-in heave, yəni şaquli hərəkəti, pitch, yəni baş-qıç yellənməsi, menteşə qüvvələri və bağlama qüvvələri; dalğa amplitudası, pik tezliyi və iki sal arasındakı məsafə dəyişdikcə necə davranır? Bu sualın cavabı sağqalma qabiliyyətinə yönəlmiş dizayn üçün birbaşa mühəndislik məlumatı verir.

Fokuslanmış ekstremal dalğa nə deməkdir?

Tədqiqatda ekstremal dalğa hadisələrini təmsil etmək üçün fokuslanmış dalğalardan istifadə edilmişdir. Fokuslanmış dalğa müxtəlif tezliklərə malik çoxsaylı dalğa komponentlərinin müəyyən vaxtda və müəyyən mövqedə eyni fazada pik yaradacaq şəkildə birləşdirilməsi ilə əldə edilir. Bu üsul real dənizdə nadir hallarda görülə bilən böyük dalğa hadisələrini qısa müddətli və idarə olunan zaman sırası daxilində təmsil etməyə imkan verir.

Bu yanaşmanın üstünlüyü ekstremal dalğa təsirini gözləmədən onu ədədi və ya eksperimental olaraq yaratmağın mümkün olmasıdır. Təsadüfi qeyri-müntəzəm dəniz şəraitində böyük dalğanın nə vaxt yaranacağını gözləmək əvəzinə, fokuslanmış dalğa nəzəriyyəsi ilə müəyyən mövqedə böyük dalğa təpəsi yaradılır. Beləliklə, qurğunun ən ağır ssenarilərə verdiyi reaksiya təhlil edilə bilər.

Tədqiqatda istifadə olunan fokuslanmış dalğa səthi aşağıdakı düsturla ifadə edilir:

\[
\eta(x,y,t)=\sum_{i=1}^{N_f}a_i\cos(k_i x\cos\theta+k_i y\sin\theta-\omega_i t+\varphi_i)
\]

Burada \(\eta(x,y,t)\), dəniz səthinin hündürlüyünü ifadə edir. \(x\) və \(y\), üfüqi mövqe koordinatlarıdır. \(t\), zamandır. \(N_f\), seçilmiş tezlik komponentlərinin sayını göstərir. \(a_i\), i-ci dalğa komponentinin amplitudasıdır. \(k_i\), dalğa sayıdır. \(\theta\), dalğanın yayılma istiqamətidir. \(\omega_i\), bucaq tezliyidir. \(\varphi_i\), faza bucağıdır.

Bu düstur dəniz səthini tək sadə sinus dalğası kimi deyil, çoxsaylı kiçik dalğaların cəmi kimi nəzərdən keçirir. Bu komponentlərin fazaları düzgün tənzimləndikdə onların hamısı müəyyən nöqtədə eyni anda pik yaradır və fokuslanmış böyük dalğa əmələ gəlir. Tədqiqatda bu yanaşma ekstremal dalğa yüklərinin ikiqat sal sistemi üzərindəki təsirini idarə olunan şəkildə araşdırmaq üçün istifadə edilmişdir.

Fokuslanma şərti və dalğa komponentləri

Fokuslanmış dalğa nəzəriyyəsində bütün dalğa komponentləri müəyyən edilmiş fokuslanma vaxtında və fokuslanma mövqeyində pik vəziyyətinə çatmalıdır. Tədqiqatda bu şərt aşağıdakı kimi verilmişdir:

\[
\cos(k_i x_f\cos\theta+k_i y_f\sin\theta-\omega_i t_f+\varphi_i)=1
\]

Burada \(x_f\) və \(y_f\), fokuslanma mövqeyini; \(t_f\), fokuslanma vaxtını ifadə edir. Kosinus qiymətinin 1 olması müvafiq komponentin pik fazada olduğunu göstərir. Yəni bütün komponentlər eyni anda pikə çatdıqda böyük fokuslanmış dalğa yaranır.

Ümumi fokuslanmış dalğa amplitudası da aşağıdakı kimi müəyyən edilir:

\[
A_f=\sum_{i=1}^{N_f}a_i
\]

Burada \(A_f\), hədəf fokuslanmış dalğa amplitudasıdır. Hər bir komponentin amplitudası isə spektral enerji paylanmasına əsasən müəyyən edilir:

\[
a_i=A_f S_a(f_i)\,df
\]

Burada \(S_a(f_i)\), fokuslanmış dalğanın enerji sıxlığı funksiyasıdır. Bu funksiya müxtəlif tezlik komponentlərinin ümumi dalğa daxilində nə qədər pay alacağını müəyyən edir. Tədqiqatda bu paylanma təkmilləşdirilmiş Pierson-Moskowitz spektri əsasında müəyyən edilmişdir.

İstifadə olunan ədədi üsul: CFD və STAR-CCM+

Tədqiqat ikiqat sal tipli WEC-in ekstremal dalğa altındakı davranışını hesablama maye dinamikası, yəni Computational Fluid Dynamics (CFD) vasitəsilə araşdırmışdır. CFD suyun, havanın və üzən gövdələrin qarşılıqlı təsirini kompüter mühitində həll etməyə imkan verir. Burada məqsəd yalnız fiziki prototiplərə və bahalı çən eksperimentlərinə asılılığı azaltmaq deyil; eyni zamanda müxtəlif dalğa və dizayn şəraitlərini sistematik şəkildə müqayisə etməkdir.

Simulyasiyalarda iki sal gövdəsi və menteşə birləşməsi sərt cisim kimi qəbul edilmişdir. Tədqiqatda elastik deformasiyaların araşdırılan sərt cisim hərəkətləri ilə müqayisədə nəzərə alınmayacaq qədər kiçik olduğu fərz edilmişdir. Bu mühüm fərziyyədir; çünki real konstruksiyada əyilmə və material deformasiyası ola bilər. Lakin bu tədqiqatın diqqəti gövdələrin ümumi hərəkəti, menteşə qüvvələri və bağlama yükləri olduğundan sərt cisim yanaşması istifadə edilmişdir.

Axın tənlikləri: Kütlə və impulsun qorunması

Tədqiqatda axın sahəsi üçün kütlənin qorunması və impulsun qorunması tənlikləri həll edilmişdir. Kütlənin qorunması tənliyi aşağıdakı kimi verilmişdir:

\[
\frac{\partial u_i}{\partial x_i}=0
\]

Burada \(u_i\), axın sürətinin i istiqamətindəki komponentidir. \(x_i\), müvafiq koordinat istiqamətidir. Bu tənlik sıxılmayan axın üçün mayenin kütləsinin qorunmasını ifadə edir. Sadə dillə desək, hesablama sahəsində su və ya hava öz-özünə yox olmur və ya yoxdan yaranmır; daxil olan və çıxan axın tarazlaşmalıdır.

İmpulsun qorunması tənliyi tədqiqatda aşağıdakı ümumi formada verilmişdir:

\[
\frac{\partial \rho u_i}{\partial t}+\frac{\partial \rho u_j u_i}{\partial x_j}-\frac{\partial}{\partial x_j}\left[\mu_{eff}\frac{\partial u_i}{\partial x_j}\right]=-\frac{\partial p^*}{\partial x_i}-g_i x_i\frac{\partial \rho}{\partial x_i}+\sigma\kappa\frac{\partial \alpha}{\partial x_i}
\]

Burada \(\rho\), mayenin sıxlığını; \(t\), zamanı; \(\mu_{eff}\), effektiv dinamik özlülüyü; \(p^*\), hidrostatik təzyiqdən başqa dəyişdirilmiş dinamik təzyiqi; \(g_i\), cazibə təcilinin müvafiq komponentini; \(\sigma\), səthi gərilməni; \(\kappa\), interfeys əyriliyini; \(\alpha\) isə VOF üsulundakı suyun həcm payını ifadə edir.

Bu tənlik suyun və havanın hərəkətini müəyyən edən əsas fiziki tarazlıqları əhatə edir: mayenin sürətlənməsi, turbulentlik və özlülük təsirləri, təzyiq dəyişmələri, cazibə və su-hava interfeysindəki səthi gərilmə. Dalğa enerjisi çeviricisi kimi üzən cisimlərdə bu tarazlıq gövdənin hansı anda nə qədər qalxıb-enəcəyini, nə qədər əyiləcəyini və üzərinə nə qədər qüvvə düşəcəyini müəyyən edən əsas hesablama zəminini təşkil edir.

Sərbəst səthin izlənməsi: VOF üsulu

Dəniz dalğası simulyasiyalarında ən kritik məsələlərdən biri su-hava interfeysinin düzgün tutulmasıdır. Tədqiqatda bunun üçün VOF, yəni Volume of Fluid üsulundan istifadə edilmişdir. VOF üsulunda hər hüceyrədə suyun həcm payı \(\alpha\) ilə göstərilir. Əgər \(\alpha=1\) olarsa hüceyrə tamamilə su ilə doludur. Əgər \(\alpha=0\) olarsa hüceyrə tamamilə havadır. Əgər \(\alpha\) 0 ilə 1 arasındadırsa, hüceyrə su-hava interfeysindədir.

Həcm payının zaman və məkan üzrə dəyişməsi aşağıdakı tənliklə müəyyən edilmişdir:

\[
\frac{\partial \alpha}{\partial t}+\frac{\partial u_i\alpha}{\partial x_i}+\frac{\partial u_{c,i}\alpha(1-\alpha)}{\partial x_i}=0
\]

Burada \(\alpha\), suyun həcm payıdır. \(u_i\), axın sürəti komponentidir. \(u_{c,i}\), interfeysi daha kəskin saxlamaq üçün istifadə edilən süni sıxlaşdırma sürətidir. Tənlik su-hava interfeysinin axınla birlikdə daşınmasını və ədədi olaraq həddindən artıq yayılmadan qorunmasını təmin edir.

Qarışığın sıxlığı və effektiv özlülük aşağıdakı kimi hesablanır:

\[
\rho=\alpha\rho_{water}+(1-\alpha)\rho_{air}
\]

\[
\mu_{eff}=\alpha\mu_{water}+(1-\alpha)\mu_{air}+\rho\nu_t
\]

Burada \(\rho_{water}\) və \(\rho_{air}\), suyun və havanın sıxlıqlarıdır. \(\mu_{water}\) və \(\mu_{air}\), suyun və havanın dinamik özlülükləridir. \(\nu_t\), turbulent burulğan özlülüyüdür. Bu ifadələr hesablama hüceyrəsinin tamamilə su, tamamilə hava və ya onların qarışığı olmasına uyğun olaraq fiziki xüsusiyyətlərin müəyyən edilməsini təmin edir.

Sərbəst səthin hündürlüyü necə əldə edilir?

Tədqiqatda sərbəst səthin hündürlüyü suyun həcm payının şaquli istiqamətdə inteqrasiyası ilə hesablanmışdır:

\[
z_{water\,level}=\sum_{i=0}^{n-1}\alpha_i(z_{i+1}-z_i)
\]

Burada \(z_{water\,level}\), hesablanan su səviyyəsinin hündürlüyüdür. \(\alpha_i\), i-ci şaquli hüceyrədəki suyun həcm payıdır. \(z_i\) və \(z_{i+1}\), hüceyrə səthlərinin şaquli koordinatlarıdır. Bu hesablama dalğa təpəsi və çökəyinin zamanla necə dəyişdiyini ədədi olaraq izləməyə imkan verir.

Turbulentlik modeli: SST k-ω niyə seçildi?

Dalğa-konstruksiya qarşılıqlı təsirində üzən gövdələrin ətrafında axının ayrılması, burulğan yaranması, özlü sönümlənmə və sərbəst səth təsirləri müşahidə oluna bilər. Bütün turbulent strukturları birbaşa həll etmək üçün DNS və ya LES kimi üsullardan istifadə etmək mümkündür; lakin bu üsullar uzunmüddətli və üçölçülü dalğa-konstruksiya problemlərində çox yüksək hesablama xərci yaradır. Buna görə tədqiqat RANS yanaşmasından və SST k-ω turbulentlik modelindən istifadə etmişdir.

SST k-ω modeli divara yaxın sahədə k-ω yanaşmasının, sərbəst kəsilmə axınında isə k-ε yanaşmasının üstünlüklərini birləşdirir. Buna görə hərəkətli üzən gövdələrin ətrafında ayrılmış axınları, burulğan təsirlərini və özlü sönümlənməni hesablamaq üçün praktik tarazlıq yaradır. Tədqiqatda turbulent kinetik enerji \(k\) və xüsusi yayılma dərəcəsi \(\omega\) üçün daşınma tənlikləri verilmiş; modelin ədədi dəqiqliklə hesablama səmərəliliyi arasında uyğun tarazlıq yaratdığı bildirilmişdir.

Çoxgövdəli dinamik sistem: iki sal, bir menteşə

Tədqiqatdakı qurğu iki üzən saldan və onların arasındakı menteşəli birləşmədən ibarətdir. Hesablama baxımından bu, üç sərt cisimli dinamik sistem kimi nəzərdən keçirilmişdir: ön sal, arxa sal və birləşdirici lövhə. Gövdələr arasındakı birləşmələr fırlanan oynaq məhdudiyyətləri ilə müəyyən edilmişdir. Bu məhdudiyyətlər cisimlərin bir-birinə nisbətən hansı hərəkətləri edə biləcəyini və hansı hərəkətlərinin məhdudlaşdırıldığını müəyyən edir.

Tədqiqatda bu məhdudlaşdırılmış çoxgövdəli sistemin ümumi matris tənliyi aşağıdakı kimi verilmişdir:

\[
\mathbf{M}c=\mathbf{F}_{ef}+\mathbf{F}_{cf}
\]

Burada \(\mathbf{M}\), üç sərt cismə aid ətalət matrislərindən ibarət blok-diaqonal matrisdir. \(c\), sistem koordinatlarını təmsil edən vektordur. \(\mathbf{F}_{ef}\), xarici qüvvələr vektorudur; dalğa qüvvələri, cazibə, qaldırma qüvvəsi və bənzər təsirləri əhatə edir. \(\mathbf{F}_{cf}\), məhdudlaşdırıcı qüvvələr vektorudur; menteşə və birləşmə məhdudiyyətlərinin cisimlər arasında ötürdüyü qüvvələri təmsil edir.

Bu tənlik sistemdəki hərəkətin yalnız bir salın hərəkətindən ibarət olmadığını göstərir. Ön sal, arxa sal, menteşə və bağlama xətləri birlikdə işləyən sistemdir. Bir gövdədəki hərəkət menteşə vasitəsilə digər gövdəyə və bağlama sisteminə ötürülür. Buna görə ekstremal dalğa şəraitində yerli hərəkət artımı bütün sistemin yük ötürülməsini dəyişə bilər.

Ədədi dalğa çəni və eksperimental doğrulama

Tədqiqatda istifadə olunan ədədi model əvvəl aparılmış fiziki model eksperimentləri ilə doğrulanmışdır. Eksperimental işlər Zhejiang Ocean University-nin yedəkləmə çənində aparılmışdır. Çənin uzunluğu 130 m, eni 6 m, tənzimlənə bilən maksimum su dərinliyi isə 4 m-dir. Dalğa yaratma sistemi 0,1–2,0 Hz intervalında dalğa yarada bilir. Dalğa əksolunmalarını azaltmaq üçün çənin sonunda dalğa sönümləmə sistemi yerləşir.

Fiziki eksperimentdə üzən gövdələrin hərəkətləri optik hərəkət izləmə kameraları ilə ölçülmüşdür. Sal gövdələrinə infraqırmızı əks etdirici markerlər yerləşdirilmiş, kameralar bu markerlərin hərəkətini izləyərək altı sərbəstlik dərəcəli hərəkət məlumatı əldə etmişdir. Dalğa hündürlüyü ölçəni 50 Hz, hərəkət izləmə kameraları 120 Hz, gərginlik sensorları isə 100 Hz nümunələmə tezliyi ilə məlumat toplamışdır.

Ədədi dalğa çəni 28 m uzunluqda və 3 m su dərinliyində qurulmuşdur. Çənin giriş və çıxış tərəflərində 7 m uzunluğunda dalğa məcburetmə zonaları vardır. Giriş zonası fokuslanmış dalğanı yaratmaq, çıxış zonası isə gedən dalğaları sönümləndirmək və əksolunmanı azaltmaq üçün istifadə edilmişdir.

Şəkil 1, 2, 3, 4 və 5 nəyi göstərir?

Tədqiqatdakı ilk şəkil iki üzən gövdə üçün istifadə olunan hesablama koordinat sistemini göstərir. Qlobal koordinat sistemi sakit su səviyyəsində müəyyən edilmiş, iki yerli koordinat sistemi isə ön və arxa salın ağırlıq mərkəzlərinə bağlanmışdır. Bu quruluş hər salın öz hərəkətini və iki sal arasındakı nisbi hərəkəti ölçmək üçün lazımdır.

Eksperiment qurğusunu göstərən vizuallarda ikiqat sal modeli, menteşə, bağlama sistemi, dalğa yaradıcısı və dalğa sönümləyici quruluş birlikdə görünür. Bu vizuallar sistemin yalnız sərbəst üzən iki qutudan ibarət olmadığını; bağlama xətləri ilə çən daxilində yerləşdirilmiş, menteşə ilə birləşdirilmiş və hərəkəti ölçülən model olduğunu göstərir.

Ədədi sahə vizualında giriş, işçi zona və çıxış dalğa məcburetmə zonaları göstərilir. Bu quruluş fokuslanmış dalğanın əvvəlcədən müəyyən edilmiş nöqtədə sal sisteminə çatmasını təmin edir. Gövdə ölçülərini göstərən vizualda bir üzən gövdənin xarakterik uzunluğu 1,2 m, eni 0,6 m, hündürlüyü 0,3 m olaraq verilmişdir. İlkin sal məsafəsi 0,3 m-dir. Bu ölçülər sonrakı sal məsafəsi təhlilləri üçün istinad rolunu oynayır.

Sərhəd şərtləri vizualında giriş və çıxış sərhədlərinin velocity-inlet, yuxarı sərhədin pressure outlet, aşağı sərhədin wall, yan sərhədlərin symmetry plane və gövdə səthlərinin no-slip wall kimi müəyyən edildiyi göstərilir. Bu sərhəd şərtləri ədədi dalğa çəninin idarə olunan və fiziki baxımdan mənalı işləməsi üçün lazımdır.

Şəbəkə və zaman addımı müstəqilliyi niyə yoxlanıldı?

CFD hesablamalarında nəticələr şəbəkə həllolunmasına və zaman addımına həssasdır. Həddindən artıq kobud şəbəkə istifadə olunarsa dalğa təpəsi düzgün tutulmaya bilər; həddindən artıq incə şəbəkə isə hesablama xərcini çox artırır. Tədqiqatda kobud, orta və incə şəbəkə variantları müqayisə edilmişdir. Fokuslanmış dalğa üçün hədəf amplituda \(A_f=0,32\,m\), pik tezliyi \(f_p=0,4\,Hz\), fokus mövqeyi isə 14,8 m seçilmişdir.

Kobud şəbəkənin dalğa təpəsini aşağı qiymətləndirdiyi və faza xətasının daha böyük olduğu görülmüşdür. Orta və incə şəbəkə arasında isə dalğa amplitudası baxımından demək olar ki, fərq qalmamışdır. Orta şəbəkənin hədəf fokus dalğa amplitudası ilə xətası %1,5 daxilində qaldığı üçün sonrakı simulyasiyalarda orta şəbəkə seçilmişdir. Bu seçim dəqiqliklə hesablama xərci arasında praktik tarazlıq yaradır.

Zaman addımı üçün də \(T_p/100\), \(T_p/1000\) və \(T_p/10000\) variantları müqayisə edilmişdir. Nəticələr \(T_p/1000\) zaman addımının tələb olunan dəqiqliyi təmin etdiyini göstərmişdir. Bu cür müstəqillik testləri simulyasiya nəticələrinin yalnız seçilmiş şəbəkə və ya zaman addımından qaynaqlanan ədədi yanılsama olmadığını göstərmək üçün vacibdir.

Modelin doğrulanması necə aparıldı?

Ədədi model iki mərhələdə doğrulanmışdır. Əvvəlcə ikiqat sal WEC-in dinamik hərəkət reaksiyası fiziki model eksperimentləri ilə müqayisə edilmişdir. Doğrulama üçün 0,10 m dalğa hündürlüyü və 1,67 s perioda malik nizamlı dalğadan istifadə edilmişdir. Ön və arxa sal arasındakı nisbi pitch hərəkəti müqayisə edildikdə ədədi nəticələrin eksperimental ölçmələrlə həm amplituda, həm də faza baxımından yaxşı uyğunluq göstərdiyi bildirilmişdir.

İkinci doğrulama fokuslanmış dalğa yaratma modelinə yönəlmişdir. Bunun üçün University of Plymouth COAST Laboratory-dəki eksperimental məlumatlardan istifadə edilmişdir. Seçilmiş testdə fokuslanmış dalğa 0,101563 Hz ilə 2 Hz arasındakı 244 dalğa komponentinin xətti superpozisiyası ilə yaradılmışdır. Nəzəri fokuslanma nöqtəsi dalğa yaratma sərhədindən 14,8 m uzaqdadır. Ədədi dalğa hündürlükləri seçilmiş dalğaölçən mövqelərindəki eksperimental məlumatlarla müqayisə edilmiş və fokus pik amplitudası, çökək hündürlüyü və faza inkişafı baxımından yaxşı uyğunluq əldə edilmişdir.

Bu doğrulamalar modelin həm ikiqat sal hərəkətlərini, həm də fokuslanmış dalğa yaradılmasını məqbul şəkildə təmsil etdiyini göstərir. Bununla belə, bu, modelin hər dəniz şəraitində mütləq doğru olduğu demək deyil; yalnız tədqiqatda istifadə olunan şərtlər üçün eksperimental məlumatlarla dəstəkləndiyini göstərir.

Dalğa amplitudası artdıqda nə baş verir?

Tədqiqatda əvvəlcə dalğa amplitudasının təsiri araşdırılmışdır. H1–H4 şərtlərində pik tezliyi sabit \(f_p=0,4\,Hz\) saxlanılmış və fokuslanmış dalğa amplitudası 0,20 m-dən 0,32 m-ə artırılmışdır. Amplituda artdıqca həm ön, həm də arxa salın heave və pitch hərəkətlərinin nəzərəçarpacaq dərəcədə artdığı görülmüşdür.

Kiçik amplitudalı H1 şəraitində sal hərəkətləri daha mülayimdir. Maksimum amplitudalı H4 şəraitində isə şaquli hərəkətin pik qiymətləri yüksəlmiş və pitch bucaqları nəzərəçarpacaq dərəcədə böyümüşdür. Bu, yüksək amplitudalı fokuslanmış dalğaların sal gövdələrinə daha güclü ani həyəcanlandırma tətbiq etdiyini göstərir.

Tədqiqatın diqqət çəkdiyi xüsusi məqamlardan biri maksimum amplituda şəraitində arxa salın klassik sönümlənən rəqsi hərəkət göstərməsidir. Dalğa təpəsi keçdikdən sonra arxa sal tarazlıq mövqeyi ətrafında azalan rəqslər etmişdir. Tədqiqatçılar bunu dalğa keçidindən sonra iti kənarlarda axının ayrılması, burulğan qopması və maye yaddaşı təsirləri ilə izah etmişlər. Bu halda özlü sönümlənmə keçici hərəkətdən sonrakı davranışda üstün olur.

Şəkil 11 və 12 nəyi göstərir?

Şəkil 11 H1–H4 şərtlərində müxtəlif zaman anlarında skalyar sahə konturlarını və ikiqat sal sisteminin hərəkətlərini göstərir. Dalğa amplitudası artdıqca gövdələrin daha çox əyildiyi və fokuslanmış dalğanın keçidi zamanı sistemin daha güclü, deformasiyaabənzər sərt cisim hərəkəti etdiyi görünür.

Şəkil 12 ön və arxa sal üçün pitch-in zaman tarixçələrini göstərir. Qrafiklər dalğa amplitudası artdıqca pitch amplitudasının təxminən xətti şəkildə böyüdüyünü göstərir. Lakin H4 şəraitində arxa salın dalğa keçidindən sonra sönümlənən rəqslər etməsi hərəkətin yalnız xətti dalğa nəzəriyyəsi ilə izah edilə bilməyən özlü və qeyri-xətti təsirlər daşıdığını göstərir.

Pik tezliyi niyə kritikdir?

Tədqiqatda ikinci olaraq dalğanın pik tezliyi araşdırılmışdır. Bu dəfə fokuslanmış dalğa amplitudası sabit \(A_f=0,32\,m\) saxlanılmış, pik tezliyi 0,4 Hz-dən 0,8 Hz-ə qədər artırılmışdır. Nəticələr hərəkət reaksiyasının tezliyə çox həssas olduğunu göstərmişdir.

Aşağı tezlikli şərtlərdə pitch hərəkəti orta səviyyədədir. 0,7 Hz pik tezliyinə uyğun gələn H6 şəraitində isə ən şiddətli dinamik reaksiya yaranmışdır. Ön və arxa salın maksimum pitch reaksiyası təxminən 15° səviyyəsinə çatmışdır. Bu, 0,7 Hz-in sistemin təbii dinamik xüsusiyyətlərinə yaxın olduğunu və çoxgövdəli əlaqəli rezonans yaratdığını düşündürür.

0,8 Hz şəraitində isə pitch reaksiyası yenidən zəifləmişdir. Dalğa periodu qısaldıqca sistemin təbii periodundan uzaqlaşılır və rezonans zonasından çıxılır. Bu vəziyyət ən böyük yükün həmişə ən qısa periodlu və ya ən yüksək tezlikli dalğada yaranmadığını göstərir. Əsas kritik məsələ dalğa həyəcanlandırma tezliyinin sal–menteşə–bağlama sisteminin təbii dinamikasına nə qədər yaxın olmasıdır.

Şəkil 13 və 14 nəyi göstərir?

Şəkil 13 H5–H7 şərtlərində müxtəlif pik tezlikləri altında sal sisteminin hərəkət konturlarını göstərir. H6 şəraitində gövdələrin daha nəzərəçarpacaq və güclü pitch hərəkəti etdiyi görünür. Bu vizual rezonansabənzər vəziyyətin yalnız ədədi qrafik qiyməti olmadığını, sistemin fiziki hərəkət formasında da aydın şəkildə ortaya çıxdığını göstərir.

Şəkil 14 ön və arxa sal üçün pitch-in zaman tarixçələrini verir. H6 şəraitində rəqs amplitudaları ən yüksək səviyyəyə çatır. Tədqiqat bunu bütün sistemin, yəni salın, menteşənin, PTO-nun və bağlama xətlərinin birlikdə yaratdığı qlobal təbii tezliyə yaxın həyəcanlandırma kimi şərh edir. Bu halda gövdələrin hərəkəti, menteşə dinamikası və bağlama xətlərinin təsirləri fazada üst-üstə düşərək reaksiyanı böyüdür.

Bundan əlavə, pik tezliyi artdıqca dalğa təpəsi enerjisinin fokus nöqtəsinə çatma vaxtının gecikdiyi qeyd edilmişdir. Bu, dərin su dalğa dispersiyasının birbaşa nəticəsidir. Yüksək tezlik ağırlıqlı dalğa paketlərinin qrup sürəti fərqlidir; buna görə dalğa komponentlərinin fokus nöqtəsində eyni anda birləşməsi həssas faza tənzimlənməsi tələb edir. Modelin bu davranışı tutması fokuslanmış dalğa fizikasını düzgün təmsil etdiyini dəstəkləyir.

Menteşə və bağlama qüvvələri necə dəyişir?

Tədqiqatın ən mühüm mühəndislik nəticələri menteşə və bağlama qüvvələri ilə bağlıdır. Dalğa amplitudası artdıqca yüklər qeyri-xətti şəkildə böyümüşdür. H4 şəraitindəki pik menteşə qüvvəsi H1 şəraitinin təxminən 1,7 qatıdır. H6 şəraitində isə menteşə qüvvəsi H1-in təxminən 2,5 qatına çatmışdır. Bu nəticə yüklərin yalnız dalğa hündürlüyü ilə deyil, tezlik və rezonans təsirləri ilə də böyüdüyünü göstərir.

Tədqiqatda yüklər \(\rho\), \(g\) və \(L\) istifadə edilməklə ölçüsüzləşdirilmişdir. Bu cür ölçüsüzləşdirmə müxtəlif miqyaslı sistemlərin müqayisəsini asanlaşdırır. Ümumi ölçüsüz qüvvə forması aşağıdakı məntiqlə düşünülə bilər:

\[
F^*=\frac{F}{\rho g L^3}
\]

Burada \(F^*\), ölçüsüz qüvvədir. \(F\), həqiqi qüvvədir. \(\rho\), suyun sıxlığıdır. \(g\), cazibə təcilidir. \(L\), xarakterik uzunluqdur. Bu ifadə qüvvəni hidrostatik miqyasla müqayisə etməyə imkan verir.

Menteşə qüvvəsinin ən yüksək olduğu şərait H6-dır. Bu, ən böyük hərəkət reaksiyasının görüldüyü şəraitlə eynidir. Tədqiqata görə menteşə qüvvəsi tək bir salın hərəkətindən deyil, ön və arxa salın ətalət qüvvələri arasındakı intensiv qarşılıqlı təsirdən yaranır. Rezonans şəraitində iki salın hərəkəti və menteşə zonasındakı yerli rəqs modları bir-birini gücləndirir. Beləliklə, menteşə vasitəsilə ötürülən əyilmə momentləri və kəsilmə qüvvələri digər şəraitlərdən xeyli yüksək olur.

Bağlama qüvvələrində ön və arxa sal niyə ayrıca qiymətləndirilməlidir?

Bağlama xətləri qurğunu müəyyən sahədə saxlayan və dalğa yüklərini dibə və ya sabit nöqtələrə ötürən elementlərdir. Tədqiqatda ön və arxa salın bağlama qüvvələri ayrıca araşdırılmışdır. Nəticələr maksimum bağlama qüvvəsinin ön və arxa salda eyni şəraitdə yaranmadığını göstərmişdir. Ön salın bağlama qüvvəsi H6 şəraitində ən yüksək səviyyəyə çatarkən, arxa salın bağlama qüvvəsində ən böyük qiymət H1 şəraitində müşahidə edilmişdir.

Bu fərq tezlikdən asılı yük ötürülməsi yollarının dəyişdiyini göstərir. Bəzi dalğa şəraitində dinamik yüklər ön sal vasitəsilə bağlama xəttinə daha çox ötürülərkən, bəzi şəraitdə arxa sal və arxa bağlama xətti daha çox təsirlənə bilər. Buna görə bağlama sistemi tək ümumi yük qiyməti ilə qiymətləndirilməməlidir. Ön və arxa bağlama xətləri ayrıca araşdırılmalı, hər biri üçün fərqli kritik dalğa şərtləri nəzərə alınmalıdır.

Şəkil 15 nəyi göstərir?

Şəkil 15 H1–H7 şəraitində menteşə qüvvələrini, ön bağlama qüvvələrini, arxa bağlama qüvvələrini və dalğa qüvvələrinin X, Y, Z istiqamətlərindəki komponentlərini müqayisə edir. Qrafiklər H6 şəraitində menteşə qüvvəsinin aydın şəkildə ən yüksək qiymətə çatdığını göstərir. Ön bağlama qüvvəsi də H6-da pikə çatır. Arxa bağlama qüvvəsi isə fərqli davranır və daha aşağı tezlikli şəraitlərdə yüksək qiymət ala bilər.

X, Y və Z istiqamətli dalğa qüvvələri müqayisə edildikdə Z istiqamətindəki qüvvənin üstün olduğu görünür. Bu, dalğa səthi yüksəldikdə üzən gövdə üzərindəki ani qaldırma qüvvəsi artımının ümumi yükdə əsas rol oynaması ilə izah edilir. X və Y istiqamətindəki qüvvələr daha çox difraksiya və özlü sürüklənmə təsirlərindən asılıdır və daha kiçik qalır. Y istiqamətindəki qüvvənin demək olar ki, sıfıra yaxın olması modelin və dalğa yüklənməsinin yanal simmetriyasını təsdiqləyir.

İki sal arasındakı məsafə niyə dizaynın mərkəzindədir?

Tədqiqatın son əsas təhlili iki sal arasındakı məsafənin dəyişdirilməsinə yönəlmişdir. Bu təhlil ən kritik dalğa şəraiti kimi müəyyən edilən H6 altında aparılmışdır. Çünki H6, 0,32 m fokuslanmış dalğa amplitudası və 0,7 Hz pik tezliyi ilə ən böyük hərəkət və menteşə yüklərini yaratmışdır. Sal məsafəsi 0,2 m ilə 0,6 m arasında dəyişdirilmiş və T1–T5 şərtləri yaradılmışdır.

Sal məsafəsi ön və arxa gövdələr arasındakı hidrodinamik qarşılıqlı təsiri və nisbi hərəkətin fazasını müəyyən edir. Çox kiçik məsafədə gövdələr bir-birinə güclü təsir göstərir və demək olar ki, tək sərt cisim kimi sinxron hərəkət edir. Bu, yükləri azalda bilər; lakin enerji istehsalı üçün lazım olan nisbi bucaq hərəkətini məhdudlaşdırır. Orta məsafədə gövdələr bir-birinə nisbətən daha müstəqil hərəkət edir və aralarında daha böyük faza fərqi yaranır. Bu, enerji tutma potensialını artıra bilər, lakin menteşə yüklərini də böyüdə bilər. Çox böyük məsafədə isə hidrodinamik əlaqə zəifləyir və birləşmə üzərində statik əyilmə momenti arta bilər.

0,2 m, 0,3 m, 0,4 m və 0,6 m məsafələr nəyi göstərir?

0,2 m məsafədə güclü hidrodinamik kölgələnmə təsiri yaranır. İki sal yüksək sinxronluqla hərəkət edir. Bu halda pitch amplitudası ən kiçik, dinamik reaksiya isə ən yumşaq olur. Sağqalma qabiliyyəti baxımından bu üstün görünür; çünki menteşə və bağlama yükləri daha aşağıdır. Lakin nisbi bucaq hərəkətinin az olması dalğa enerjisindən istifadə qabiliyyətini məhdudlaşdıra bilər.

0,4 m məsafədə sal gövdələri kifayət qədər müstəqil hərəkət sahəsi qazanır. Dalğa həyəcanlandırması altında nəzərəçarpacaq faza fərqi yaranır və sistem dalğa səthinə daha yaxşı uyğunlaşır. Bu şəraitdə ən böyük pitch reaksiyası müşahidə edilmişdir. Enerji tutma baxımından bu müsbət ola bilər; çünki nisbi hərəkət böyüyür. Lakin böyük hərəkət həmişə təhlükəsiz deyil; struktur yüklər baxımından diqqətlə qiymətləndirilməlidir.

0,3 m məsafədə isə menteşə qüvvəsi mütləq maksimuma çatmışdır. Tədqiqat bu vəziyyətin ön və arxa sal hərəkətlərinin ətalət əlaqələnməsindən qaynaqlandığını bildirir. Sal gövdələri arasında yaranan hərəkət fazası fərqi və təcil fərqi menteşədə ən böyük dinamik əyilmə momentini və kəsilmə qüvvəsini yaratmışdır. Buna görə 0,3 m məsafə menteşə dayanıqlığı dizaynı üçün kritik yük şəraiti kimi qiymətləndirilməlidir.

0,6 m məsafədə hidrodinamik əlaqə zəifləyir. Dinamik reaksiya 0,4 m şəraiti ilə müqayisədə azalır; lakin gövdələrarası məsafənin böyüməsi birləşmə üzərində daha böyük statik əyilmə momenti yarada bilər. Bu, böyük məsafənin də avtomatik olaraq daha təhlükəsiz olmadığı deməkdir.

Şəkil 16, 17 və 18 nəyi göstərir?

Şəkil 16 müxtəlif sal məsafələrində sistemin fokuslanmış dalğa altındakı hərəkət konturlarını göstərir. Kiçik məsafədə gövdələrin daha çox birlikdə hərəkət etdiyi, orta məsafədə nisbi hərəkətin artdığı, böyük məsafədə isə əlaqənin zəiflədiyi vizual olaraq izlənə bilər.

Şəkil 17 T1–T5 şəraitində ön və arxa sal üçün pitch-in zaman tarixçələrini verir. 0,4 m məsafənin ən böyük pitch reaksiyasını yaratdığı, 0,2 m məsafənin isə ən kiçik və ən hamar reaksiyanı verdiyi görünür. Bu qrafik enerji tutma ilə struktur təhlükəsizliyi arasındakı tarazlığı aydın göstərir.

Şəkil 18 T1–T5 şəraitində menteşə və bağlama qüvvələrini müqayisə edir. Menteşə qüvvəsi 0,3 m məsafədə ən yüksək səviyyəyə çatır. Ön və arxa bağlama qüvvələri də eyni 0,3 m şəraitində pikə çatır. Bu, sal məsafəsinin yalnız hərəkəti deyil, yük ötürülməsi yolunu da yenidən təşkil etdiyini göstərir. Dizaynda yalnız maksimum pitch amplitudasına baxmaq kifayət deyil; menteşə və bağlama yükləri də birlikdə qiymətləndirilməlidir.

Tədqiqatın güclü tərəfləri

• Eksperimental doğrulamanın olması: Ədədi model həm ikiqat sal hərəkət məlumatları, həm də fokuslanmış dalğa eksperimentləri ilə müqayisə edilmişdir.
• Ekstremal dalğa şəraitinə fokuslanması: Tədqiqat yalnız normal iş rejiminin səmərəliliyini deyil, qurğunun sağqalma qabiliyyətini də araşdırır.
• Menteşə və bağlama yüklərini ayrıca araşdırması: Bu, sal tipli WEC dizaynında kritik struktur komponentlərini anlamaq üçün dəyərlidir.
• Dalğa amplitudasını, tezliyi və sal məsafəsini sistematik qiymətləndirməsi: Müxtəlif dizayn və dəniz şəraitlərinin təsirləri müqayisə edilmişdir.
• Çoxgövdəli qarşılıqlı təsiri nəzərə alması: Ön sal, arxa sal, menteşə və bağlama sistemi birlikdə qiymətləndirilmişdir.
• Dizayn baxımından praktik nəticələr verməsi: 0,7 Hz tezliyin kritik rezonans şəraiti, 0,3 m məsafənin yük baxımından kritik, 0,4 m məsafənin isə hərəkət baxımından güclü olduğu göstərilmişdir.

Tədqiqatın məhdudiyyətləri

• Rəyçilik statusu: Tədqiqat rəyçilərin qiymətləndirməsindən keçməmiş preprintdir.
• Sərt cisim fərziyyəsi: Sal gövdələri və birləşmə sərt qəbul edilmişdir. Real konstruksiyada elastik deformasiyalar və material gərginlikləri ayrıca araşdırılmalıdır.
• Ədədi modelin sərhədi: CFD modeli eksperimental məlumatlarla doğrulanmış olsa da, bütün real dəniz şəraitlərini tam təmsil etdiyini demək olmaz.
• Miqyas və sahə şəraiti: Tədqiqat model miqyasında və ədədi dalğa çəni kontekstində aparılmışdır; tam miqyaslı açıq dəniz doğrulaması təqdim etmir.
• PTO təfərrüatları məhduddur: Tədqiqat enerji istehsalı sisteminin təfərrüatlarından daha çox hidrodinamik reaksiya və struktur yük ötürülməsinə fokuslanmışdır.
• Yorulma və uzunmüddətli zədə təhlili məhduddur: Menteşə qüvvələri kritik kimi müəyyən edilsə də, uzunmüddətli material yorulması ayrıca ətraflı struktur təhlil tələb edir.

Tədqiqat nə deyir, nə demir?

Tədqiqat bunu deyir: Fokuslanmış ekstremal dalğalar altında ikiqat sal tipli WEC-in hərəkət və yük reaksiyaları dalğa amplitudasından, pik tezliyindən və sal məsafəsindən güclü şəkildə asılıdır. 0,7 Hz pik tezliyi sistemdə əlaqəli rezonans yaradaraq ən böyük hərəkətləri və menteşə qüvvəsini doğurur. 0,3 m sal məsafəsi menteşə və bağlama yükləri baxımından kritik, 0,4 m məsafə pitch hərəkəti baxımından ən böyük reaksiyanı verən, 0,2 m məsafə isə daha sabit və aşağı yük yaradan konfiqurasiya kimi görünür.

Tədqiqat bunu demir: Bu dizaynın real açıq dəniz şəraitində qəti şəkildə təhlükəsiz olduğunu sübut etmir. Həmçinin ən yaxşı enerji istehsalı məsafəsinin mütləq 0,4 m olduğunu və ya ən təhlükəsiz dizaynın həmişə 0,2 m olduğunu demir. Tədqiqat müəyyən model ölçüləri, dalğa şəraiti, ədədi üsullar və doğrulama ssenariləri daxilində mühəndislik meyllərini göstərir. Tam miqyaslı tətbiq üçün struktur dayanıqlığı, yorulma, PTO davranışı, material təhlükəsizliyi, texniki xidmət və iqtisadi təhlil ayrıca tələb olunur.

Keçmiş, bu gün və gələcək baxımından əhəmiyyəti

Keçmişdə dalğa enerjisi sistemləri üçün əsas hədəf çox vaxt daha çox enerji tutmaq idi. Bu yanaşma hələ də vacibdir; lakin dənizdə uzun müddət işləyəcək qurğu üçün dayanıqlıq da eyni dərəcədə həlledicidir. Ekstremal dalğa altında qırılan və ya bağlama xəttini itirən sistem yüksək səmərəli olsa belə praktikada uğurlu ola bilməz.

Bu gün dəniz bərpa olunan enerjisi sahəsində dizaynerlərin qarşılaşdığı əsas problemlərdən biri enerji istehsalı ilə sağqalma qabiliyyəti arasındakı tarazlıqdır. Bu tədqiqat həmin tarazlığı ikiqat sal tipli WEC üzərindən konkretləşdirir. Gövdələr arasındakı nisbi hərəkət enerji üçün lazımdır; lakin eyni nisbi hərəkət menteşə və bağlama yüklərini artıra bilər.

Gələcəkdə bu cür təhlillər dalğa enerjisi qurğularının daha təhlükəsiz, daha dayanıqlı və daha iqtisadi layihələndirilməsinə töhfə verə bilər. CFD dəstəkli dizayn fiziki prototiplərin sayını azalda və təhlükəli dalğa şəraitini kompüter mühitində əvvəlcədən sınaqdan keçirməyə imkan verə bilər. Lakin son dəniz tətbiqləri üçün ədədi təhlillər tam miqyaslı sahə məlumatları ilə dəstəklənməlidir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

Tədqiqatın texniki dizaynı

Model ölçüləri və ədədi çən

Fokuslanmış dalğa şərtləri

Sal məsafəsi şərtləri

Mühüm düsturlar və mənaları

Əsas nəticələr

• Dalğa amplitudası artdıqca heave, pitch, menteşə qüvvəsi, bağlama qüvvəsi və dalğa mənşəli yüklər qeyri-xətti şəkildə artmışdır.
• 0,32 m fokuslanmış dalğa amplitudasında arxa sal dalğa keçidindən sonra sönümlənən pitch rəqsləri göstərmişdir. Bu hal özlü sönümlənmə və maye yaddaşı təsirləri ilə əlaqələndirilmişdir.
• 0,7 Hz pik tezliyi sistemdə çoxgövdəli əlaqəli rezonans yaratmış və ən böyük hərəkət reaksiyaları ilə ən yüksək menteşə qüvvəsini meydana çıxarmışdır.
• H6 şəraitində menteşə qüvvəsi H1 şəraitinin təxminən 2,5 qatına çatmışdır.
• Z istiqamətindəki dalğa qüvvəsi X və Y istiqamətləri ilə müqayisədə üstündür. Bu, dalğa səthinin qalxmasına bağlı ani qaldırma qüvvəsi artımının mühüm olduğunu göstərir.
• Ön və arxa bağlama xətlərinin maksimum yükləri eyni dalğa şəraitində yaranmaya bilər. Buna görə bağlama sistemi hər sal üzrə ayrıca qiymətləndirilməlidir.
• 0,2 m sal məsafəsi daha sabit və daha aşağı yüklü hərəkət yaratmışdır; lakin enerji tutmaq üçün lazım olan nisbi hərəkəti məhdudlaşdırmışdır.
• 0,4 m sal məsafəsi ən böyük pitch reaksiyasını yaratmış və enerji tutma potensialı baxımından diqqət çəkmişdir.
• 0,3 m sal məsafəsi ən böyük menteşə və bağlama yüklərini yaratmış, buna görə struktur dizaynı baxımından kritik məsafə kimi müəyyən edilmişdir.
• 0,6 m sal məsafəsi hidrodinamik əlaqələnməni zəiflətmiş və birləşmə üzərindəki statik əyilmə momentini artırmışdır.

Dizayn baxımından çıxarıla biləcək mühəndislik dərsləri

Mənbə və Metod Qeydi

Bu məqalə Peng Xu, Cheng Lu, Yuan Zhang, Changqing Jiang, Xuanyu Chen və Xiwu Gong tərəfindən hazırlanmış “Hydrodynamic response and survivability of a hinged dual-raft wave energy converter under focused extreme waves” adlı tədqiqat əsasında hazırlanmışdır. Tədqiqat SSRN-də yerləşən preprint araşdırma məqaləsidir. Mətndə açıq şəkildə “This preprint research paper has not been peer reviewed” ifadəsi yer aldığı üçün rəyçi qiymətləndirməsindən keçməmişdir.

Məzmun tədqiqatda verilən ədədi CFD üsulu, STAR-CCM+ simulyasiyaları, VOF sərbəst səth modeli, SST k-ω turbulentlik yanaşması, çoxgövdəli dinamik model, fokuslanmış dalğa yaratma düsturları, şəbəkə və zaman addımı müstəqilliyi testləri, eksperimental doğrulama nəticələri, H1–H7 dalğa şərtləri və T1–T5 sal məsafəsi təhlilləri əsasında hazırlanmışdır.

Bu yazıda tədqiqatda olmayan kommersiya uğuru, tam miqyaslı açıq dəniz təhlükəsizliyi zəmanəti, qəti enerji istehsalı qazancı və ya bütün sal tipli dalğa enerjisi çeviricilərinə birbaşa ümumiləşdirilə bilən nəticə iddiası əlavə edilməmişdir. Tədqiqat model miqyasında və doğrulanmış ədədi simulyasiyalar əsasında mühəndislik meylləri təqdim edir. Real tətbiq üçün tam miqyaslı dəniz şəraiti, struktur gərginlik təhlili, yorulma dayanıqlığı, PTO davranışı, material təhlükəsizliyi, texniki xidmət strategiyası və iqtisadi fizibilite ayrıca qiymətləndirilməlidir.

Preprint xarakterinə görə nəticələr diqqətlə oxunmalıdır. Buna baxmayaraq tədqiqat ikiqat sal tipli dalğa enerjisi çeviricilərində sağqalma qabiliyyətinə yönəlmiş dizayn üçün mühüm mesaj verir: sal məsafəsi, pik tezliyi, menteşə qüvvəsi və bağlama xətti yükləri birlikdə təhlil edilmədən təhlükəsiz və səmərəli dizayn hazırlamaq çətinləşir.