Бул изилдөө эки сал сымал сүзүүчү корпустан турган шарнирлүү толкун энергиясын өзгөрткүчтүн фокусталган экстремалдуу толкундар астында кандай кыймылдай турганын жана кайсы шарттарда түзүлүш катары көбүрөөк күчкө дуушар болорун изилдейт. Толкун энергиясын өзгөрткүчтөр деңиз бетиндеги толкун кыймылынан электр энергиясын өндүрүүгө багытталган жаңылануучу энергия системалары. Бирок мындай системаларды энергия кармоо натыйжалуулугу менен гана баалоо жетишсиз. Деңиз чөйрөсүндө күтүүсүз, чоң жана адаттан тыш толкундар түзмөктө өтө чоң кыймыл, шарнир күчү жана байлоо линиясынын жүгүн пайда кылышы мүмкүн. Ошондуктан изилдөөнүн көңүл борбору түзмөктүн энергия өндүрүүсүнөн көбүрөөк жашап калуу жөндөмүнө, башкача айтканда экстремалдуу деңиз шарттарында структуралык бүтүндүгүн сактай алышына багытталган.

Изилдөөдө эки сүзүүчү корпус жана алардын ортосундагы шарнирлүү байланыштан турган кош сал тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүч сандык түрдө моделденген. Симуляциялар Siemens STAR-CCM+ программасы менен жүргүзүлүп, эркин беттин кыймылы VOF ыкмасы, турбуленттүүлүк болсо SST k-ω модели менен берилген. Модель адегенде физикалык эксперимент маалыматтары менен текшерилип, андан кийин фокусталган экстремалдуу толкун шартында толкун амплитудасы, чоку жыштыгы жана эки салдын ортосундагы аралык өзгөртүлүп системалуу талдоо жүргүзүлгөн.

Изилдөөнүн эң маанилүү табылгаларынын бири — 0,7 Hz чоку жыштыгы системада көп корпустуу байланышкан резонанс жаратышы. Бул шартта кыймыл жооптору да, шарнир күчтөрү да эң жогорку деңгээлге жеткен. Эки салдын аралыгы да жашап калуу жөндөмү үчүн аныктоочу фактор. 0,4 m аралык эң чоң pitch, башкача айтканда баш-куйрук чайпалуу жообун жаратса, 0,3 m аралык эң жогорку шарнир жүгүн пайда кылган. 0,2 m аралыкта система көбүрөөк синхрондуу жана төмөн жүк менен кыймылдаган, бирок салыштырмалуу кыймыл азайгандыктан энергия кармоо потенциалы чектелген. 0,6 m аралыкта болсо гидродинамикалык байланыш алсырап, статикалык ийилүү моменти көбөйгөн.

Бул жыйынтыктар кош сал тибиндеги толкун энергиясы системаларында «көбүрөөк кыймыл көбүрөөк энергия дегенди билдирет» деген ыкма өзү жетишсиз экенин көрсөтөт. Энергия өндүрүү үчүн сал корпустарынын ортосунда салыштырмалуу кыймыл керек; бирок бул салыштырмалуу кыймыл шарнир жана байлоо системаларында критикалык жүктөрдү жаратышы мүмкүн. Изилдөө экстремалдуу толкун шартында сал аралык, шарнирдин бекемдиги жана байлоо линиясынын дизайны чогуу бааланышы керек экенин көрсөтөт.

Толук Түшүндүрмө

Изилдөөнүн негизги көйгөйү эмнеде?

Толкун энергиясы океан жана деңиздерде табигый түрдө бар чоң жаңылануучу энергия булагы. Толкун энергиясын өзгөрткүчтөр, башкача айтканда wave energy converters (WEC), бул механикалык кыймылды пайдалуу энергияга айландырууну көздөйт. Бирок деңиз чөйрөсү туруктуу жана жумшак лабораториялык шарт эмес. Түзмөктөр кадимки толкун шартында энергия өндүрүп жатканда, күтүүсүз пайда болгон чоң толкундар, фокусталган толкун топтору же экстремалдуу деңиз абалында өтө жогорку жүктөргө дуушар болушу мүмкүн.

Бул изилдөөнүн негизги көйгөйү — шарнирлүү кош сал тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүчтөр экстремалдуу толкун шартында кантип жашап кала алары. Мындай түзмөктөрдө эки сал корпус бири-бири менен шарнир аркылуу байланышат. Толкун келгенде сал корпустары бири-бирине карата бурчтук кыймыл жасайт. Бул салыштырмалуу кыймыл энергия өндүрүү үчүн баалуу, анткени күч алуу системасы, башкача айтканда Power Take-Off (PTO), көбүнчө ушул салыштырмалуу кыймылдан энергия алат. Бирок ошол эле кыймыл шарнир байланышында жогорку кесүү күчтөрүн, ийилүү моменттерин жана чарчоо таасирлерин пайда кылышы мүмкүн.

Демек, дизайнда тең салмак бар: Түзмөк энергия өндүрүшү үчүн корпустар жетиштүү кыймылдашы керек, бирок ашыкча кыймыл шарнир жана байлоо системасын күчөтүп жибериши мүмкүн. Изилдөө ушул тең салмакты экстремалдуу толкун шартында сандык түрдө изилдейт.

Бул көйгөй эмне үчүн маанилүү?

Толкун энергиясы системалары кеңири колдонулушу үчүн натыйжалуу болуу гана жетишсиз; деңизде узак убакыт кала ала тургандай бекем болушу керек. Ачык деңизде тейлөө кымбат жана кыйын. Шарнир байланыштын сынышы, байлоо линиясынын үзүлүшү же корпустардын биринин ашыкча кыймылдан структуралык зыян алышы түзмөктүн толук иштен чыгышына алып келиши мүмкүн. Бул экономикалык жоготуу да, коопсуздук коркунучу да.

Raft тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүчтөр корпустар ортосундагы бурчтук кыймылды пайдалангандыктан энергия кармоо жагынан артыкчылыктуу болушу мүмкүн. Бирок ошол эле дизайн өзгөчөлүгү экстремалдуу толкунда алсыз чекитке айланышы мүмкүн. Айрыкча шарнир эки корпус ортосундагы күч өткөрүүнүн борборунда. Эгер шарнир ашыкча жүктөлсө, бүт система коркунучка туш болот. Ошондуктан изилдөө энергия кармоо натыйжалуулугунан көбүрөөк түзмөктүн survivability, башкача айтканда экстремалдуу шартта функциясын жоготпой туруп кала алышына көңүл бурат.

Күнүмдүк мисал менен кош сал тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүчтү эки бөлүктүү көпүрөгө же эки вагондун ортосундагы шарнирлүү байланышына окшоштурууга болот. Бөлүктөр ортосундагы ийкемдүүлүк кыймылды мүмкүн кылат, бирок байланыш чекити өтө күчкө дуушар болсо бүт система сынышы мүмкүн. Деңиз толкундарында бул байланыш ар бир чоң толкунда кайра-кайра жүк алат. Ошондуктан байланыш кайсы жыштыкта, кайсы толкун бийиктигинде жана кайсы сал аралыкта эң көп күчкө дуушар болорун билүү дизайн үчүн өтө маанилүү.

Изилдөө адабиятта же колдонмодо жооп берген боштук

Толкун энергиясын өзгөрткүчтөр боюнча иштердин маанилүү бөлүгү энергия кармоо мүмкүнчүлүгүн көбөйтүүгө багытталат. Бул түшүнүктүү, анткени түзмөк экономикалык болушу үчүн жетиштүү энергия өндүрүшү керек. Бирок изилдөө энергия кармоого гана көңүл буруу жетишсиз экенин баса белгилейт. Реалдуу деңиз чөйрөсүндө түзмөктүн экстремалдуу толкундарга туруштук бериши да ошончолук маанилүү.

Айрыкча raft тибиндеги толкун энергиясы системаларында шарнир байланышы жана байлоо линияларындагы экстремалдуу жүктөр жетиштүү түшүнүлбөгөнү айтылат. Айрым изилдөөлөр экстремалдуу толкунда сүзүүчү корпусту сууга батыруу сыяктуу стратегиялар жалпы толкун жүктөрүн азайта аларын көрсөткөн. Бирок кош сал тибиндеги системаларда негизги критикалык маселе корпустарга түшкөн жалпы жүк гана эмес, корпустар ортосундагы шарнир байланышка өткөрүлгөн жүк.

Бул изилдөө толтурууга аракет кылган боштук мындай: Фокусталган экстремалдуу толкундар астында кош сал тибиндеги WECтин heave, башкача айтканда вертикалдык кыймылы, pitch, башкача айтканда баш-куйрук чайпалышы, шарнир күчтөрү жана байлоо күчтөрү толкун амплитудасы, чоку жыштыгы жана эки салдын аралыгы өзгөргөндө кандай өзгөрөт? Бул суроонун жообу жашап калууга багытталган дизайн үчүн түз инженердик маалымат берет.

Фокусталган экстремалдуу толкун деген эмне?

Изилдөөдө экстремалдуу толкун окуяларын көрсөтүү үчүн фокусталган толкундар колдонулган. Фокусталган толкун — ар башка жыштыктагы көптөгөн толкун компоненттерин белгилүү убакта жана белгилүү жерде бир фазада чоку түзө тургандай бириктирүү менен алынат. Бул ыкма реалдуу деңизде сейрек болушу мүмкүн болгон чоң толкун окуяларын кыска убакыттык жана башкарылуучу убакыт катарында көрсөтүүгө мүмкүндүк берет.

Бул ыкманын артыкчылыгы — экстремалдуу толкун таасирин күтпөстөн сандык же эксперименттик түрдө жаратууга болот. Кокус тартипсиз деңиз шартында чоң толкун качан пайда болорун күтүүнүн ордуна, фокусталган толкун теориясы менен белгилүү жерде чоң толкун чокусу түзүлөт. Ошентип түзмөктүн эң оор сценарийлерге жообу талданат.

Изилдөөдө колдонулган фокусталган толкун бетинин формуласы төмөнкүдөй:

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

Бул жерде \(\eta(x,y,t)\) деңиз бетинин бийиктигин билдирет. \(x\) жана \(y\) горизонталдык координаттар. \(t\) убакыт. \(N_f\) тандалган жыштык компоненттеринин саны. \(a_i\) i-компоненттин амплитудасы. \(k_i\) толкун саны. \(\theta\) толкундун таралуу багыты. \(\omega_i\) бурчтук жыштык. \(\varphi_i\) фаза бурчу.

Бул формула деңиз бетин бир гана жөнөкөй синус толкуну эмес, көптөгөн кичине толкундардын суммасы катары карайт. Эгер бул компоненттердин фазалары туура жөндөлсө, алардын баары белгилүү чекитте бир убакта чокуга келип, чоң фокусталган толкун жаралат. Изилдөөдө бул ыкма экстремалдуу толкун жүктөрүнүн кош сал системасына таасирин башкарылуучу түрдө изилдөө үчүн колдонулган.

Фокусталуу шарты жана толкун компоненттери

Фокусталган толкун теориясында бардык толкун компоненттери белгиленген фокус убактысында жана фокус чекитинде чоку абалына жетиши керек. Изилдөөдө бул шарт төмөнкүдөй берилген:

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

Бул жерде \(x_f\) жана \(y_f\) фокус чекитин; \(t_f\) фокус убактысын билдирет. Косинустун 1 ге барабар болушу тиешелүү компонент чоку фазасында экенин көрсөтөт. Башкача айтканда, бардык компоненттер бир убакта чокуга келгенде чоң фокусталган толкун пайда болот.

Жалпы фокусталган толкун амплитудасы да төмөнкүдөй аныкталат:

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

Бул жерде \(A_f\) максаттуу фокусталган толкун амплитудасы. Ар бир компоненттин амплитудасы спектрдик энергия бөлүштүрүлүшүнө жараша аныкталат:

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

Бул жерде \(S_a(f_i)\) фокусталган толкундун энергия тыгыздыгы функциясы. Бул функция ар башка жыштык компоненттери жалпы толкунда канча үлүш аларын аныктайт. Изилдөөдө бул бөлүштүрүү жакшыртылган Pierson-Moskowitz спектри аркылуу аныкталган.

Колдонулган сандык ыкма: CFD жана STAR-CCM+

Изилдөө кош сал тибиндеги WECтин экстремалдуу толкун астындагы жүрүм-турумун эсептөөчү суюктуктар динамикасы, башкача айтканда Computational Fluid Dynamics (CFD) менен изилдеген. CFD суунун, абанын жана сүзүүчү корпустардын өз ара аракетин компьютердик чөйрөдө чечүүгө мүмкүндүк берет. Бул жерде максат физикалык прототипке жана кымбат бассейн эксперименттерине көз карандылыкты азайтуу гана эмес, ар башка толкун жана дизайн шарттарын системалуу салыштыруу да.

Симуляцияларда эки сал корпусу жана шарнир байланышы катуу дене катары каралган. Изилдөөдө серпилгич деформациялар каралган катуу дене кыймылдарына салыштырмалуу эске алынбай тургандай деп болжолдонгон. Бул маанилүү божомол; анткени реалдуу конструкцияда ийилүү жана материалдык деформация болушу мүмкүн. Бирок изилдөөнүн борбору корпустардын жалпы кыймылы, шарнир күчтөрү жана байлоо жүктөрү болгондуктан катуу дене ыкмасы колдонулган.

Агым теңдемелери: Масса жана импульс сакталуусу

Изилдөөдө агым талаасы үчүн масса сакталуу жана импульс сакталуу теңдемелери чечилген. Масса сакталуу теңдемеси төмөнкүдөй берилген:

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

Бул жерде \(u_i\) агым ылдамдыгынын i багытындагы компоненти. \(x_i\) тиешелүү координат багыты. Бул теңдеме кысылбас агым үчүн суюктуктун массасы сакталуусун билдирет. Жөнөкөй айтканда, эсептөө аймагында суу же аба өзүнөн-өзү жок болбойт же жоктон жаралбайт; кирген жана чыккан агым тең салмакта болушу керек.

Импульс сакталуу теңдемеси изилдөөдө төмөнкү жалпы формада берилген:

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

Бул жерде \(\rho\) суюктуктун тыгыздыгы; \(t\) убакыт; \(\mu_{eff}\) эффективдүү динамикалык илешкектүүлүк; \(p^*\) гидростатикалык басымдан тышкаркы өзгөртүлгөн динамикалык басым; \(g_i\) тартылуу ылдамдануусунун тиешелүү компоненти; \(\sigma\) беттик чыңалуу; \(\kappa\) интерфейстин ийрилиги; \(\alpha\) болсо VOF ыкмасындагы суунун көлөмдүк үлүшү.

Бул теңдеме суунун жана абанын кыймылын аныктаган негизги физикалык тең салмактарды камтыйт: суюктуктун ылдамдануусу, турбуленттик жана илешкек таасирлер, басым өзгөрүүлөрү, тартылуу күчү жана суу-аба интерфейсиндеги беттик чыңалуу. Толкун энергиясын өзгөрткүч сыяктуу сүзүүчү денелерде бул тең салмак корпус кайсы учурда канча көтөрүлүп-түшөрүн, канча кыйшаярын жана ага канча күч түшөрүн аныктоочу негизги эсептөө базасын түзөт.

Эркин бетти көзөмөлдөө: VOF ыкмасы

Деңиз толкундарын симуляциялоодо эң маанилүү маселелердин бири суу-аба интерфейсин туура кармоо. Изилдөөдө бул үчүн VOF, башкача айтканда Volume of Fluid ыкмасы колдонулган. VOF ыкмасында ар бир уячада суунун көлөмдүк үлүшү \(\alpha\) менен көрсөтүлөт. Эгер \(\alpha=1\) болсо, уяча толугу менен суу. Эгер \(\alpha=0\) болсо, уяча толугу менен аба. Эгер \(\alpha\) 0 менен 1 маанисинин ортосунда болсо, уяча суу-аба интерфейсинде.

Көлөмдүк үлүштүн убакыт жана мейкиндик боюнча өзгөрүшү төмөнкү теңдеме менен аныкталган:

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

Бул жерде \(\alpha\) суунун көлөмдүк үлүшү. \(u_i\) агым ылдамдыгынын компоненти. \(u_{c,i}\) интерфейсти курч кармоо үчүн колдонулган жасалма кысуу ылдамдыгы. Теңдеме суу-аба интерфейсинин агым менен кошо ташылышын жана сандык жактан ашыкча жайылып кетпей сакталышын камсыз кылат.

Аралашма тыгыздыгы жана эффективдүү илешкектүүлүк төмөнкүдөй эсептелет:

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

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

Бул жерде \(\rho_{water}\) жана \(\rho_{air}\) суунун жана абанын тыгыздыктары. \(\mu_{water}\) жана \(\mu_{air}\) суунун жана абанын динамикалык илешкектүүлүктөрү. \(\nu_t\) турбуленттик куюн илешкектүүлүгү. Бул туюнтмалар эсептөө уячасы толугу менен суу, толугу менен аба же экөөнүн аралашмасы болушуна жараша физикалык касиеттерди аныктайт.

Эркин беттин бийиктиги кантип алынат?

Изилдөөдө эркин беттин бийиктиги суунун көлөмдүк үлүшүн вертикал багытта интегралдоо менен эсептелген:

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

Бул жерде \(z_{water\,level}\) эсептелген суу деңгээлинин бийиктиги. \(\alpha_i\) i-вертикалдык уячадагы суунун көлөмдүк үлүшү. \(z_i\) жана \(z_{i+1}\) уяча беттеринин вертикалдык координаттары. Бул эсептөө толкун чокусу жана оюгу убакыт менен кантип өзгөрөрүн сандык көзөмөлдөөгө мүмкүндүк берет.

Турбуленттүүлүк модели: SST k-ω эмне үчүн тандалган?

Толкун-структура өз ара аракетинде сүзүүчү корпустардын айланасында агым ажырашы, куюн пайда болушу, илешкек басаңдоо жана эркин бет таасирлери кездешет. Бардык турбуленттик түзүлүштөрдү түз чечүү үчүн DNS же LES сыяктуу ыкмалар колдонулушу мүмкүн; бирок алар узак мөөнөттүү жана үч өлчөмдүү толкун-структура маселелеринде өтө чоң эсептөө чыгымын жаратат. Ошондуктан изилдөө RANS ыкмасын жана SST k-ω турбуленттүүлүк моделин колдонгон.

SST k-ω модели дубалга жакын жерде k-ω ыкмасынын артыкчылыктарын, эркин кесүү агымында болсо k-ε ыкмасынын артыкчылыктарын бириктирет. Ошондуктан кыймылдуу сүзүүчү корпустардын айланасында бөлүнгөн агымдарды, куюн таасирлерин жана илешкек басаңдоону эсептөө үчүн практикалык тең салмак берет. Изилдөөдө турбуленттик кинетикалык энергия \(k\) жана менчик диссипация ылдамдыгы \(\omega\) үчүн ташуу теңдемелери берилген; модель сандык тактык менен эсептөө натыйжалуулугунун ортосунда ылайыктуу тең салмак камсыз кылары белгиленген.

Көп корпустуу динамикалык система: эки сал, бир шарнир

Изилдөөдөгү түзмөк эки сүзүүчү сал жана ортосундагы шарнир байланыштан турат. Эсептөө жагынан бул үч катуу денелүү динамикалык система катары каралган: алдыңкы сал, арткы сал жана байланыш плитасы. Денелер ортосундагы байланыштар айланма шарнир чектөөлөрү менен аныкталган. Бул чектөөлөр денелер бири-бирине карата кайсы кыймылдарды жасай аларын жана кайсылары чектелерин аныктайт.

Изилдөөдө бул чектелген көп корпустуу системанын жалпы матрицалык теңдемеси төмөнкүдөй берилген:

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

Бул жерде \(\mathbf{M}\) үч катуу денеге тиешелүү инерция матрицаларынан турган блок-диагоналдык матрица. \(c\) система координаттарын көрсөткөн вектор. \(\mathbf{F}_{ef}\) тышкы күчтөр вектору; толкун күчтөрү, тартылуу күчү, көтөрүү күчү жана ушул сыяктуу таасирлерди камтыйт. \(\mathbf{F}_{cf}\) чектөө күчтөрүнүн вектору; шарнир жана байланыш чектөөлөрүнүн денелер арасында өткөргөн күчтөрүн билдирет.

Бул теңдеме системадагы кыймыл бир салдын гана кыймылынан турбай турганын көрсөтөт. Алдыңкы сал, арткы сал, шарнир жана байлоо линиялары бирге иштеген система. Бир корпустагы кыймыл шарнир аркылуу экинчи корпуска жана байлоо системасына өткөрүлөт. Ошондуктан экстремалдуу толкун шартында жергиликтүү кыймылдын көбөйүшү бүт системанын жүк өткөрүү жолун өзгөртө алат.

Сандык толкун бассейни жана эксперименттик текшерүү

Изилдөөдө колдонулган сандык модель мурда жүргүзүлгөн физикалык модель эксперименттери менен текшерилген. Эксперименттик иштер Zhejiang Ocean University сүйрөө бассейнинде жүргүзүлгөн. Бассейн 130 m узундукта, 6 m кеңдикте жана эң көп 4 m жөнгө салынуучу суу тереңдигине ээ. Толкун генерациялоо системасы 0,1–2,0 Hz диапазонунда толкун түзө алат. Толкун чагылуусун азайтуу үчүн бассейндин аягында толкун басаңдатуучу система бар.

Физикалык экспериментте сүзүүчү корпустардын кыймылдары оптикалык кыймыл кармоо камералары менен өлчөнгөн. Сал корпустарына инфракызыл чагылдыруучу белгилер жайгаштырылып, камералар бул белгилердин кыймылын көзөмөлдөп, алты эркиндик даражасындагы кыймыл маалыматтарын алган. Толкун бийиктиги өлчөгүч 50 Hz, кыймыл кармоо камералары 120 Hz жана чыңалуу сенсорлору 100 Hz үлгү алуу жыштыгы менен маалымат топтогон.

Сандык толкун бассейни 28 m узундукта жана 3 m суу тереңдигинде курулган. Бассейндин кирүү жана чыгуу тарабында 7 m узундуктагы толкун мажбурлоо аймактары бар. Кирүү аймагы фокусталган толкунду жаратуу, чыгуу аймагы болсо кеткен толкундарды басаңдатып, чагылууну азайтуу үчүн колдонулган.

1, 2, 3, 4 жана 5-сүрөттөр эмнени түшүндүрөт?

Изилдөөдөгү биринчи сүрөт кош сүзүүчү корпус үчүн колдонулган эсептөө координат системасын көрсөтөт. Глобалдык координат системасы тынч суу деңгээлинде аныкталган, эки жергиликтүү координат системасы болсо алдыңкы жана арткы салдын оордук борборлоруна байланган. Бул түзүлүш ар бир салдын өз кыймылын жана эки сал ортосундагы салыштырмалуу кыймылды өлчөө үчүн керек.

Эксперименттик түзүлүштү көрсөткөн сүрөттөрдө кош сал модели, шарнир, байлоо системасы, толкун генератору жана толкун басаңдатуучу түзүлүш бирге көрүнөт. Бул сүрөттөр система эркин сүзүп жүргөн эки кутудан гана турбай турганын; байлоо линиялары менен бассейн ичинде орду аныкталган, шарнир аркылуу байланышкан жана кыймылы өлчөнгөн модель экенин көрсөтөт.

Сандык аймактын сүрөтүндө кирүү, иш аймагы жана чыгуу толкун мажбурлоо зоналары көрсөтүлөт. Бул түзүлүш фокусталган толкун белгиленген чекитте сал системасына жетишин камсыз кылат. Корпус өлчөмдөрүн көрсөткөн сүрөттө бир сүзүүчү корпустун мүнөздүү узундугу 1,2 m, кеңдиги 0,6 m жана бийиктиги 0,3 m деп берилген. Баштапкы сал аралыгы 0,3 m. Бул өлчөмдөр кийинки сал аралык талдоолору үчүн референс түзөт.

Чектик шарттар сүрөтүндө кирүү жана чыгуу чек аралары velocity-inlet, жогорку чек pressure outlet, төмөнкү чек wall, каптал чек аралар symmetry plane жана корпус беттери no-slip wall катары аныкталганы көрсөтүлөт. Бул чектик шарттар сандык толкун бассейни башкарылуучу жана физикалык жактан маанилүү иштеши үчүн керек.

Тор жана убакыт кадамынын көз карандысыздыгы эмне үчүн текшерилди?

CFD эсептөөлөрүндө жыйынтыктар тордун чечилишине жана убакыт кадамына сезимтал. Өтө одоно тор колдонулса толкун чокусу туура кармалбайт; өтө майда тор болсо эсептөө чыгымын кескин көбөйтөт. Изилдөөдө одоно, орто жана майда тор варианттары салыштырылган. Фокусталган толкун үчүн максаттуу амплитуда \(A_f=0,32\,m\), чоку жыштыгы \(f_p=0,4\,Hz\) жана фокус чекити 14,8 m деп тандалган.

Одоно тор толкун чокусун төмөн баалап, фаза катасы чоңураак болгону аныкталган. Орто жана майда тор ортосунда болсо толкун амплитудасы боюнча дээрлик айырма калган эмес. Орто тордун максаттуу фокусталган толкун амплитудасы менен катасы %1,5 чегинде калгандыктан кийинки симуляцияларда орто тор тандалган. Бул тандоо тактык менен эсептөө чыгымынын ортосунда практикалык тең салмак берет.

Убакыт кадамы үчүн да \(T_p/100\), \(T_p/1000\) жана \(T_p/10000\) варианттары салыштырылган. Жыйынтыктар \(T_p/1000\) убакыт кадамы керектүү тактыкты камсыз кыларын көрсөткөн. Мындай көз карандысыздык тесттери симуляция жыйынтыктары тандалган тор же убакыт кадамынан чыккан сандык жаңылыштык гана эмес экенин көрсөтүү үчүн маанилүү.

Модель кантип текшерилген?

Сандык модель эки баскычта текшерилген. Адегенде кош сал WECтин динамикалык кыймыл жообу физикалык модель эксперименттери менен салыштырылган. Текшерүү үчүн 0,10 m толкун бийиктиги жана 1,67 s периоддуу туруктуу толкун колдонулган. Алдыңкы жана арткы сал ортосундагы салыштырмалуу pitch кыймылы салыштырылганда, сандык жыйынтыктар эксперименттик өлчөөлөр менен амплитуда жана фаза жагынан жакшы шайкеш келери белгиленген.

Экинчи текшерүү фокусталган толкун генерациялоо моделине багытталган. Бул үчүн University of Plymouth COAST Laboratory эксперименттик маалыматтары колдонулган. Тандалган тестте фокусталган толкун 0,101563 Hz менен 2 Hz ортосундагы 244 толкун компонентинин сызыктуу суперпозициясы аркылуу түзүлгөн. Теориялык фокус чекити толкун генерациялоо чек арасынан 14,8 m алыста. Сандык толкун бийиктиктери тандалган толкун өлчөгүч орундарындагы эксперименттик маалымат менен салыштырылып, фокус чокусу амплитудасы, ойдук бийиктиги жана фаза өнүгүүсү боюнча жакшы шайкештик алынган.

Бул текшерүүлөр модель кош сал кыймылдарын да, фокусталган толкун генерациясын да акылга сыярлык деңгээлде көрсөтөрүн билдирет. Ошентсе да бул модель ар бир деңиз шартында абсолюттук туура дегенди билдирбейт; изилдөөдө колдонулган шарттар үчүн эксперименттик маалымат менен колдоого алынганын гана көрсөтөт.

Толкун амплитудасы көбөйгөндө эмне болот?

Изилдөөдө адегенде толкун амплитудасынын таасири каралган. H1–H4 шарттарында чоку жыштыгы туруктуу \(f_p=0,4\,Hz\) кармалып, фокусталган толкун амплитудасы 0,20 mден 0,32 mге көбөйтүлгөн. Амплитуда өскөн сайын алдыңкы жана арткы салдын heave жана pitch кыймылдары да ачык түрдө көбөйгөн.

Кичине амплитудалуу H1 шартында сал кыймылдары салыштырмалуу жумшак. Максималдуу амплитудалуу H4 шартында болсо вертикалдык кыймыл чокулары жогорулап, pitch бурчтары олуттуу чоңойгон. Бул жогорку амплитудалуу фокусталган толкундар сал корпустарына күчтүүрөөк импульстук козголуу берерин көрсөтөт.

Изилдөө баса белгилеген өзгөчө жагдай — максималдуу амплитуда шартында арткы сал классикалык басаңдаган термелүү жүрүм-турумун көрсөткөнү. Толкун чокусу өткөндөн кийин арткы сал тең салмак абалынын айланасында амплитудасы азайган термелүүлөрдү жасаган. Изилдөөчүлөр муну толкун өткөндөн кийин курч кырларда агым ажырашы, куюн бөлүнүшү жана суюктуктун эс-тутум таасирлери менен түшүндүрүшкөн. Мындай учурда илешкек басаңдоо өтмө кыймылдан кийинки жүрүм-турумда үстөм роль ойнойт.

11 жана 12-сүрөттөр эмнени түшүндүрөт?

11-сүрөт H1–H4 шарттарында ар башка убакыт учурларындагы скаляр талаа контурларын жана кош сал системасынын кыймылдарын көрсөтөт. Толкун амплитудасы көбөйгөн сайын корпустар көбүрөөк кыйшайып, фокусталган толкун өтүү учурунда система күчтүү катуу дене кыймылын жасаганы көрүнөт.

12-сүрөт алдыңкы жана арткы сал үчүн pitch убакыт тарыхтарын берет. Графиктер толкун амплитудасы өскөн сайын pitch амплитудасы болжол менен сызыктуу өсөрүн көрсөтөт. Бирок H4 шартында арткы сал толкун өткөндөн кийин басаңдаган термелүү жасашы кыймылда сызыктуу толкун теориясы менен гана түшүндүрүлбөгөн илешкек жана сызыктуу эмес таасирлер бар экенин көрсөтөт.

Чоку жыштыгы эмне үчүн критикалык?

Изилдөөдө экинчи болуп толкун чоку жыштыгы каралган. Бул жолу фокусталган толкун амплитудасы туруктуу \(A_f=0,32\,m\) кармалып, чоку жыштыгы 0,4 Hzден 0,8 Hzге чейин көбөйтүлгөн. Жыйынтыктар кыймыл жообу жыштыкка өтө сезимтал экенин көрсөткөн.

Төмөн жыштык шарттарында pitch кыймылы орточо деңгээлде. 0,7 Hz чоку жыштыгына туура келген H6 шартында болсо эң күчтүү динамикалык жооп пайда болгон. Алдыңкы жана арткы салдын максималдуу pitch жообу болжол менен 15° деңгээлине жеткен. Бул 0,7 Hz системанын табигый динамикалык касиеттерине жакын экенин жана көп корпустуу байланышкан резонанс жаратарын билдирет.

0,8 Hz шартында pitch жообу кайра алсырайт. Анткени толкун периоду кыскарганда системанын табигый периодунан алыстап, резонанс аймагынан чыгат. Бул эң чоң жүк ар дайым эң кыска периоддуу же эң жогорку жыштыктагы толкунда пайда болбой турганын көрсөтөт. Негизги критикалык фактор — толкун козгоо жыштыгы сал–шарнир–байлоо системасынын табигый динамикасына канчалык жакын.

13 жана 14-сүрөттөр эмнени түшүндүрөт?

13-сүрөт H5–H7 шарттарында ар башка чоку жыштыктарында сал системасынын кыймыл контурларын көрсөтөт. H6 шартында корпустар кыйла ачык жана күчтүү pitch кыймылын жасаганы көрүнөт. Бул сүрөт резонанс сымал абал сандык графиктеги маани гана эмес, системанын физикалык кыймылында да ачык көрүнөрүн көрсөтөт.

14-сүрөт алдыңкы жана арткы сал үчүн pitch убакыт тарыхтарын берет. H6 шартында термелүү амплитудалары эң жогорку деңгээлге чыгат. Изилдөө бул абалды бүт системанын, башкача айтканда сал, шарнир, PTO жана байлоо линиялары чогуу түзгөн глобалдык табигый жыштыкка жакын козголуу катары чечмелейт. Мындай учурда корпустардын кыймылы, шарнир динамикасы жана байлоо линияларынын таасири фаза боюнча үстү-үстүнө түшүп, жоопту күчөтөт.

Мындан тышкары чоку жыштыгы өскөн сайын толкун чокусунун энергиясынын фокус чекитине жетүү убактысы кечигери айтылган. Бул терең суу толкун дисперсиясынын түз натыйжасы. Жогорку жыштык басымдуу толкун топторунун топтук ылдамдыгы башкача; ошондуктан толкун компоненттеринин фокус чекитинде бир учурда кошулушу так фаза жөндөөсүн талап кылат. Моделдин бул жүрүм-турумду кармашы фокусталган толкун физикасын туура чагылдырганын колдойт.

Шарнир жана байлоо күчтөрү кантип өзгөрөт?

Изилдөөнүн эң маанилүү инженердик жыйынтыктары шарнир жана байлоо күчтөрүнө байланыштуу. Толкун амплитудасы көбөйгөн сайын жүктөр сызыктуу эмес түрдө өскөн. H4 шартындагы чоку шарнир күчү H1 шартынан болжол менен 1,7 эсе жогору. H6 шартында болсо шарнир күчү H1дин болжол менен 2,5 эсесине жеткен. Бул жыйынтык жүктөр толкун бийиктиги менен гана эмес, жыштык жана резонанс таасири менен да көбөйөрүн көрсөтөт.

Изилдөөдө жүктөр \(\rho\), \(g\) жана \(L\) колдонулуп өлчөмсүздөштүрүлгөн. Мындай өлчөмсүздөө ар башка масштабдагы системаларды салыштырууну жеңилдетет. Жалпы өлчөмсүз күч формасын төмөнкү логика менен түшүнүүгө болот:

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

Бул жерде \(F^*\) өлчөмсүз күч. \(F\) реалдуу күч. \(\rho\) суунун тыгыздыгы. \(g\) тартылуу ылдамдануусу. \(L\) мүнөздүү узундук. Бул туюнтма күчтү гидростатикалык масштаб менен салыштырууга мүмкүндүк берет.

Шарнир күчү эң жогору болгон шарт H6. Бул эң чоң кыймыл жообу байкалган шарт менен бирдей. Изилдөөгө ылайык шарнир күчү бир салдын кыймылынан гана эмес, алдыңкы жана арткы салдын инерция күчтөрүнүн интенсивдүү өз ара аракетинен жаралат. Резонанс шартында эки салдын кыймылы жана шарнир аймагындагы жергиликтүү термелүү модалары бири-бирин күчөтөт. Натыйжада шарнир аркылуу өткөрүлгөн ийилүү моменттери жана кесүү күчтөрү башка шарттарга караганда кыйла жогору болот.

Байлоо күчтөрүндө эмне үчүн алдыңкы жана арткы сал өзүнчө бааланышы керек?

Байлоо линиялары түзмөктү белгилүү аймакта кармап, толкун жүктөрүн түбүнө же туруктуу чекиттерге өткөргөн элементтер. Изилдөөдө алдыңкы жана арткы салдын байлоо күчтөрү өзүнчө каралган. Жыйынтыктар максималдуу байлоо күчү алдыңкы жана арткы салда бир эле шартта пайда болбой турганын көрсөткөн. Алдыңкы салдын байлоо күчү H6 шартында эң жогорку деңгээлге чыкса, арткы сал байлоо күчүнүн эң чоң мааниси H1 шартында байкалган.

Бул айырма жыштыкка байланыштуу жүк өткөрүү жолдору өзгөрөрүн көрсөтөт. Айрым толкун шарттарында динамикалык жүктөр алдыңкы сал аркылуу байлоо линиясына көбүрөөк өткөрүлсө, башка шарттарда арткы сал жана арткы байлоо линиясы көбүрөөк таасир алышы мүмкүн. Ошондуктан байлоо системасын бир гана жалпы жүк мааниси менен баалоого болбойт. Алдыңкы жана арткы байлоо линиялары өзүнчө талданып, ар бири үчүн башка критикалык толкун шарттары эске алынышы керек.

15-сүрөт эмнени түшүндүрөт?

15-сүрөт H1–H7 шарттарында шарнир күчтөрүн, алдыңкы байлоо күчтөрүн, арткы байлоо күчтөрүн жана толкун күчтөрүнүн X, Y, Z багыттарындагы компоненттерин салыштырат. Графиктер H6 шартында шарнир күчү айкын түрдө эң жогорку мааниге жеткенин көрсөтөт. Алдыңкы байлоо күчү да H6да чокуга чыгат. Арткы байлоо күчү болсо башкача жүрүп, төмөн жыштык шарттарында жогору маани алышы мүмкүн.

X, Y жана Z багытындагы толкун күчтөрү салыштырылганда Z багытындагы күч үстөм экени көрүнөт. Бул толкун бети көтөрүлгөндө сүзүүчү корпус үстүндөгү ошол заматкы көтөрүү күчүнүн көбөйүшү жалпы жүктө негизги роль ойношу менен түшүндүрүлөт. X жана Y багытындагы күчтөр көбүрөөк дифракция жана илешкек сүйрөө таасирлерине байланыштуу болуп, төмөн бойдон калат. Y багытындагы күч дээрлик нөлгө жакын болушу моделдин жана толкун жүктөлүшүнүн каптал симметриясын ырастайт.

Эки салдын аралыгы эмне үчүн дизайндын өзөгүндө?

Изилдөөнүн акыркы негизги талдоосу эки салдын ортосундагы аралыкты өзгөртүүгө багытталган. Бул талдоо эң критикалык толкун шарты катары аныкталган H6 астында жүргүзүлгөн. Анткени H6 0,32 m фокусталган толкун амплитудасы жана 0,7 Hz чоку жыштыгы менен эң чоң кыймыл жана шарнир жүктөрүн берген. Сал аралыгы 0,2 mден 0,6 mге чейин өзгөртүлүп, T1–T5 шарттары түзүлгөн.

Сал аралыгы алдыңкы жана арткы корпустардын ортосундагы гидродинамикалык өз ара аракетти жана салыштырмалуу кыймыл фазасын аныктайт. Өтө кичине аралыкта корпустар бири-бирине күчтүү таасир берип, дээрлик бир катуу дене сыяктуу синхрондуу кыймылдайт. Бул жүктөрдү азайтышы мүмкүн, бирок энергия өндүрүү үчүн керек салыштырмалуу бурчтук кыймылды чектейт. Орточо аралыкта корпустар бири-бирине карата көбүрөөк өз алдынча кыймылдап, чоңураак фаза айырмасы пайда болот. Бул энергия кармоо потенциалын жогорулатышы мүмкүн, бирок шарнир жүктөрүн да көбөйтөт. Өтө чоң аралыкта гидродинамикалык байланыш алсырап, байланыш үстүндөгү статикалык ийилүү моменти көбөйүшү мүмкүн.

0,2 m, 0,3 m, 0,4 m жана 0,6 m аралыктар эмнени көрсөтөт?

0,2 m аралыкта күчтүү гидродинамикалык көлөкөлөө таасири пайда болот. Эки сал жогорку синхрондуулук менен кыймылдайт. Бул учурда pitch амплитудасы эң кичине жана динамикалык жооп эң жумшак болот. Жашап калуу жөндөмү жагынан бул пайдалуу көрүнөт, анткени шарнир жана байлоо жүктөрү төмөн. Бирок салыштырмалуу бурчтук кыймылдын аз болушу толкун энергиясын пайдалануу мүмкүнчүлүгүн чектеши мүмкүн.

0,4 m аралыкта сал корпустары жетиштүү өз алдынча кыймыл аймагына ээ болот. Толкун козголуусу астында ачык фаза айырмасы пайда болуп, система толкун бетине жакшыраак ылайыкташат. Бул шартта эң чоң pitch жообу байкалган. Энергия кармоо жагынан бул оң болушу мүмкүн, анткени салыштырмалуу кыймыл чоңоёт. Бирок чоң кыймыл ар дайым коопсуз эмес; структуралык жүктөр кылдат бааланышы керек.

0,3 m аралыкта болсо шарнир күчү абсолюттук чокусуна жеткен. Изилдөө бул алдыңкы жана арткы сал кыймылдарынын инерциялык байланышынан чыкканын белгилейт. Сал корпустары ортосундагы кыймыл фаза айырмасы жана ылдамдануу айырмасы шарнирде эң чоң динамикалык ийилүү моментин жана кесүү күчүн пайда кылган. Ошондуктан 0,3 m аралык шарнирдин бекемдик дизайны үчүн критикалык жүк шарты катары бааланышы керек.

0,6 m аралыкта гидродинамикалык байланыш алсырайт. Динамикалык жооп 0,4 m шартка караганда төмөндөйт, бирок корпустар ортосундагы аралык чоңойгондо байланышта чоңураак статикалык ийилүү моменти пайда болушу мүмкүн. Бул чоң аралык автоматтык түрдө коопсуз дегенди билдирбейт.

16, 17 жана 18-сүрөттөр эмнени түшүндүрөт?

16-сүрөт ар башка сал аралыгында системанын фокусталган толкун астындагы кыймыл контурларын көрсөтөт. Кичине аралыкта корпустар бирге көбүрөөк кыймылдаганы, орточо аралыкта салыштырмалуу кыймыл көбөйгөнү, чоң аралыкта болсо байланыш алсыраганы визуалдуу байкалат.

17-сүрөт T1–T5 шарттарында алдыңкы жана арткы салдын pitch убакыт тарыхтарын берет. 0,4 m аралык эң чоң pitch жообун, 0,2 m аралык болсо эң кичине жана эң жылмакай жоопту бергени көрүнөт. Бул график энергия кармоо менен структуралык коопсуздуктун ортосундагы тең салмакты ачык көрсөтөт.

18-сүрөт T1–T5 шарттарында шарнир жана байлоо күчтөрүн салыштырат. Шарнир күчү 0,3 m аралыкта эң жогорку деңгээлге чыгат. Алдыңкы жана арткы байлоо күчтөрү да ошол 0,3 m шартында чокуга жетет. Бул сал аралыгы кыймылды гана эмес, жүк өткөрүү жолун да кайра уюштурарын көрсөтөт. Дизайнда максималдуу pitch амплитудасына гана кароо жетишсиз; шарнир жана байлоо жүктөрү да бирге бааланышы керек.

Изилдөөнүн күчтүү жактары

• Эксперименттик текшерүү камтышы: Сандык модель кош сал кыймыл маалыматтары жана фокусталган толкун эксперименттери менен салыштырылган.
• Экстремалдуу толкун шарттарына көңүл бурушу: Изилдөө кадимки иштөө натыйжалуулугун гана эмес, түзмөктүн жашап калуу жөндөмүн карайт.
• Шарнир жана байлоо жүктөрүн өзүнчө изилдеши: Бул raft тибиндеги WEC дизайнында критикалык структуралык компоненттерди түшүнүү үчүн баалуу.
• Толкун амплитудасын, жыштыкты жана сал аралыкты системалуу баалашы: Ар башка дизайн жана деңиз шарттарынын таасири салыштырылган.
• Көп корпустуу өз ара аракетти эске алышы: Алдыңкы сал, арткы сал, шарнир жана байлоо системасы бирге бааланган.
• Дизайн үчүн практикалык жыйынтыктар бериши: 0,7 Hz жыштык критикалык резонанс шарты, 0,3 m аралык жүк жагынан критикалык, 0,4 m аралык кыймыл жагынан күчтүү экени көрсөтүлгөн.

Изилдөөнүн чектөөлөрү

• Рецензия абалы: Изилдөө рецензиядан өтпөгөн preprint.
• Катуу дене божомолу: Сал корпустары жана байланыш катуу деп кабыл алынган. Реалдуу түзүлүштө серпилгич деформациялар жана материалдык чыңалуулар өзүнчө каралышы керек.
• Сандык модель чеги: CFD модели эксперименттик маалымат менен текшерилгенине карабастан, реалдуу деңиздин бардык шарттарын толук көрсөтөт деп айтууга болбойт.
• Масштаб жана талаа шарттары: Изилдөө модель масштабында жана сандык толкун бассейни контекстинде жүргүзүлгөн; толук масштабдуу ачык деңиз текшерүүсү берилген эмес.
• PTO деталдары чектелүү: Изилдөө энергия өндүрүү системасынын деталдарынан көбүрөөк гидродинамикалык жооп жана структуралык жүк өткөрүүгө көңүл бурган.
• Чарчоо жана узак мөөнөттүү зыян талдоосу чектелүү: Шарнир күчтөрү критикалык деп аныкталганы менен, узак мөөнөттүү материалдык чарчоо өзүнчө деталдуу структуралык талдоону талап кылат.

Изилдөө эмнени айтат, эмнени айтпайт?

Изилдөө муну айтат: Фокусталган экстремалдуу толкундар астында кош сал тибиндеги WECтин кыймыл жана жүк жооптору толкун амплитудасына, чоку жыштыгына жана сал аралыгына күчтүү көз каранды. 0,7 Hz чоку жыштыгы системада байланышкан резонанс жаратып, эң чоң кыймылдарды жана шарнир күчүн берет. 0,3 m сал аралыгы шарнир жана байлоо жүктөрү жагынан критикалык, 0,4 m аралык pitch кыймылы жагынан эң чоң жооп берген, 0,2 m аралык болсо туруктуураак жана төмөн жүк жараткан конфигурация катары көрүнөт.

Изилдөө муну айтпайт: Бул дизайн реалдуу ачык деңиз шартында сөзсүз коопсуз экенин далилдебейт. Ошондой эле эң жакшы энергия өндүрүү аралыгы так 0,4 m же эң коопсуз дизайн ар дайым 0,2 m деп айтпайт. Изилдөө белгилүү модель өлчөмдөрү, толкун шарттары, сандык ыкмалар жана текшерүү сценарийлери ичинде инженердик тенденцияларды көрсөтөт. Толук масштабдуу колдонмо үчүн структуралык бекемдик, чарчоо, PTO жүрүм-туруму, материал коопсуздугу, тейлөө жана экономикалык талдоо өзүнчө керек.

Өткөн, бүгүн жана келечек үчүн мааниси

Мурда толкун энергиясы системалары үчүн эң маанилүү максат көбүнчө көбүрөөк энергия кармоо болгон. Бул бүгүн да маанилүү; бирок деңизде узак убакыт иштей турган түзмөк үчүн бекемдик да ошондой эле аныктоочу фактор. Экстремалдуу толкунда сынган же байлоо линиясын жоготкон система жогорку натыйжалуу болсо да практикада ийгиликтүү боло албайт.

Бүгүн деңиз жаңылануучу энергиясында дизайнерлер туш болгон негизги көйгөйлөрдүн бири энергия өндүрүү менен жашап калуу жөндөмүнүн ортосундагы тең салмак. Бул изилдөө бул тең салмакты кош сал тибиндеги WEC аркылуу конкреттештирет. Корпустар ортосундагы салыштырмалуу кыймыл энергия үчүн керек, бирок ошол эле кыймыл шарнир жана байлоо жүктөрүн көбөйтүшү мүмкүн.

Келечекте мындай талдоолор толкун энергиясы түзмөктөрүнүн коопсузураак, бекемирээк жана экономикалык жактан пайдалуураак долбоорлонушуна салым кошо алат. CFD колдогон дизайн физикалык прототиптердин санын азайтып, кооптуу толкун шарттарын алдын ала компьютерде текшерүүгө мүмкүндүк берет. Бирок акыркы деңиз колдонмолору үчүн сандык талдоолор толук масштабдуу талаа маалыматтары менен колдоого алынышы керек.

Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары

Изилдөөнүн техникалык дизайны

Модель өлчөмдөрү жана сандык бассейн

Фокусталган толкун шарттары

Сал аралыгынын шарттары

Маанилүү формулалар жана алардын мааниси

Негизги табылгалар

• Толкун амплитудасы көбөйгөн сайын heave, pitch, шарнир күчү, байлоо күчү жана толкундан чыккан жүктөр сызыктуу эмес түрдө көбөйгөн.
• 0,32 m фокусталган толкун амплитудасында арткы сал толкун өткөндөн кийин басаңдаган pitch термелүүлөрүн көрсөткөн. Бул илешкек басаңдоо жана суюктуктун эс-тутум таасирлери менен байланыштырылган.
• 0,7 Hz чоку жыштыгы системада көп корпустуу байланышкан резонанс жаратып, эң чоң кыймыл жоопторун жана эң жогорку шарнир күчүн берген.
• H6 шартында шарнир күчү H1 шартынан болжол менен 2,5 эсеге жеткен.
• Z багытындагы толкун күчү X жана Y багыттарына караганда үстөм. Бул толкун бети көтөрүлгөндө ошол заматкы көтөрүү күчүнүн көбөйүшү маанилүү экенин көрсөтөт.
• Алдыңкы жана арткы байлоо линияларынын максималдуу жүгү бир эле толкун шартында пайда болбошу мүмкүн. Ошондуктан байлоо системасы сал боюнча өзүнчө бааланышы керек.
• 0,2 m сал аралыгы туруктуураак жана төмөн жүктүү кыймыл жараткан, бирок энергия кармоо үчүн керек салыштырмалуу кыймылды чектеген.
• 0,4 m сал аралыгы эң чоң pitch жообун берип, энергия кармоо потенциалы жагынан көңүл бурдурган.
• 0,3 m сал аралыгы эң чоң шарнир жана байлоо жүктөрүн берип, структуралык дизайн үчүн критикалык аралык деп аныкталган.
• 0,6 m сал аралыгы гидродинамикалык байланышты алсыратып, байланыштагы статикалык ийилүү моментин көбөйткөн.

Дизайн үчүн чыгарылуучу инженердик сабактар

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Бул макала Peng Xu, Cheng Lu, Yuan Zhang, Changqing Jiang, Xuanyu Chen жана Xiwu Gong тарабынан даярдалган “Hydrodynamic response and survivability of a hinged dual-raft wave energy converter under focused extreme waves” аттуу изилдөөгө негизделип даярдалган. Изилдөө SSRNде жайгашкан preprint изилдөө макаласы. Текстте ачык түрдө “This preprint research paper has not been peer reviewed” деген билдирүү бар болгондуктан, рецензиядан өтө элек.

Мазмун изилдөөдө берилген сандык CFD ыкмасына, STAR-CCM+ симуляцияларына, VOF эркин бет моделине, SST k-ω турбуленттүүлүк ыкмасына, көп корпустуу динамикалык моделге, фокусталган толкун жаратуу формулаларына, тор жана убакыт кадамы көз карандысыздык тесттерине, эксперименттик текшерүү жыйынтыктарына, H1–H7 толкун шарттарына жана T1–T5 сал аралыгы талдоолоруна негизделип даярдалган.

Бул макалада изилдөөдө жок коммерциялык ийгилик, толук масштабдуу ачык деңиз коопсуздук кепилдиги, так энергия өндүрүү өсүшү же бардык raft тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүчтөргө түз жалпыланчу жыйынтык сыяктуу дооматтар кошулган эмес. Изилдөө модель масштабында жана текшерилген сандык симуляциялар аркылуу инженердик тенденцияларды сунуштайт. Реалдуу колдонмо үчүн толук масштабдуу деңиз шарттары, структуралык чыңалуу талдоосу, чарчоо бекемдиги, PTO жүрүм-туруму, материал коопсуздугу, тейлөө стратегиясы жана экономикалык мүмкүнчүлүк өзүнчө бааланышы керек.

Preprint болгондуктан жыйынтыктар этият окулушу керек. Ошого карабастан изилдөө кош сал тибиндеги толкун энергиясын өзгөрткүчтөр үчүн жашап калууга багытталган дизайн боюнча маанилүү билдирүү берет: сал аралыгы, чоку жыштыгы, шарнир күчү жана байлоо линиясынын жүктөрү чогуу талданмайынча коопсуз жана натыйжалуу дизайн түзүү кыйын.