Ushbu tadqiqot sharnir bilan o‘zaro bog‘langan ikkita soldan iborat to‘lqin energiyasi o‘zgartirgichining (Wave Energy Converter, WEC) fokuslangan ekstremal to‘lqinlar qarshisidagi harakatlari va strukturaviy yuklamalarini eksperimental o‘lchovlar bilan tasdiqlangan uch o‘lchamli hisoblash gidrodinamikasi (CFD) modeli orqali o‘rgangan. Simcenter STAR-CCM+ dasturi yordamida to‘lqin amplitudasi, cho‘qqi chastotasi va ikki sol orasidagi masofa o‘zgartirilib; vertikal siljish (heave), tangaj tebranishi (pitch), sharnir kuchlari hamda langar zanjiri (mooring) kuchlari qiyoslangan. Eng xavfli dinamik holat 0,32 metrli fokuslangan to‘lqin amplitudasi va 0,7 Hz cho‘qqi chastotasida yuzaga kelgan; har ikki solning tangaj burchagi taxminan 15 gradusga yetgan, sharnir kuchi esa o‘rganilgan barcha sharoitlar orasidagi eng yuqori darajaga chiqqan. Shuni ta’kidlash lozimki, tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprint hisoblanadi; natijalar masshtablangan raqamli simulyatsiyalarga asoslangan bo‘lib, real dengiz sharoitidagi to‘liq o‘lchamli chidamlilik yoki elektr energiyasi ishlab chiqarish isbotini bermaydi.
Sollar orasidagi masofa harakat erkinligi bilan tuzilmaviy chidamlilik o‘rtasida yaqqol muvozanat hosil qiladi. Masofaning 0,2 metrga qisqartirilishi ikki korpusning deyarli bir vaqtda (sinxron) harakatlanishiga, kichikroq tangaj tebranishiga va pastroq birikma yuklamalariga olib kelgan. Biroq bu holat energiya ishlab chiqarish uchun zarur bo‘lgan nisbiy burchak harakatini ham cheklab qo‘ygan. Eng katta tangaj harakati 0,4 metrli masofada kuzatilgan bo‘lsa, eng yuqori sharnir va langar tizimi yuklamalari 0,3 metrli oraliqda yuzaga kelgan. Masofaning 0,6 metrgacha oshirilishi gidrodinamik o‘zaro ta’sirni susaytirgan, biroq sharnirga tushadigan statik buquvchi momentni oshirgan.
Tadqiqotning asosiy muhandislik xulosasi shuki, to‘lqin energiyasi qurilmasini faqat eng yuqori energiya olish salohiyatiga qarab loyihalash yetarli emas. Sharnir birikmasi, old va orqa langar tizimlari hamda sollar oralig‘i ekstremal dengiz sharoitlari hisobga olingan holda alohida baholanishi lozim. Ayniqsa, old va orqa sol langar kuchlarining turli to‘lqin chastotalarida cho‘qqiga chiqishi har ikki tomon uchun yagona va umumiy loyiha yuklamasi yetarli bo‘lmasligini ko‘rsatadi.
Tadqiqotning asosiy savoli nima?
Tadqiqot sharnirli qo‘sh sol tipidagi to‘lqin energiyasi o‘zgartirgichining to‘satdan keluvchi yuqori energiyali to‘lqinlar ta’sirida qanday tebranishini va kritik yuklamalar qaysi sharoitlarda paydo bo‘lishini aniqlashga qaratilgan. Asosiy o‘rganilgan o‘zgaruvchilar: fokuslangan to‘lqin amplitudasi, to‘lqin spektrining cho‘qqi chastotasi hamda old va orqa sollar orasidagi masofadir.
Sol tipidagi qurilmalarda elektr energiyasi ishlab chiqarish asosan bir-biriga ulangan korpuslarning nisbiy burchak tebranishiga tayanadi. To‘lqinlar ikki solni turli vaqtda va turli burchakka burganda, sharnir yoki quvvat olish mexanizmi (PTO) orqali mexanik energiya hosil bo‘ladi. Ammo nisbiy harakatning kattalashishi sharnirda kuchli kesuvchi kuchlar va buquvchi momentlarni vujudga keltiradi. Shu sababli energiya samaradorligini oshiruvchi dizayn ekstremal to‘lqinlardagi xavfsizlik uchun har doim ham optimal bo‘lmasligi mumkin.
Fokuslangan ekstremal to‘lqin nimani anglatadi?
Fokuslangan to‘lqin — turli chastota va fazalarga ega ko‘plab to‘lqin komponentlarining muayyan joyda va muayyan vaqtda bir vaqtning o‘zida cho‘qqi hosil qiladigan tarzda ustma-ust tushirilishidir (NewWave nazariyasi). Bu usul tasodifiy to‘lqinlar orasida anomal to‘lqin paydo bo‘lishini uzoq kutmasdan, laboratoriya sharoitida yuqori energiyali ekstremal hodisani aniq boshqarish imkonini beradi.
Raqamli model qanday tuzilgan?
Simulyatsiyalar Simcenter STAR-CCM+ dasturida o‘tkazilgan. Old sol, orqa sol va ularning o‘rtasidagi bog‘lovchi planka elastik deformatsiyalari hisobga olinmagan qattiq jismlar (rigid bodies) sifatida modellashtirilgan. Tizim aylanma sharnirlar bilan bog‘langan uchta qattiq jismdan iborat.
Suyuqlik oqimi Reynolds o‘rtachalangan Navye-Stoks (RANS) tenglamalari va Menter SST k-ω turbulentlik modeli yordamida yechilgan. Suv-havo chegarasi Akışkan Hacmi (Volume of Fluid, VOF) usuli bilan kuzatilgan. Harakatlanuvchi korpuslar atrofida to‘r deformatsiyasining oldini olish uchun ustma-ust to‘rlar (overset mesh) texnologiyasi qo‘llanilgan.
| Model parametri | Qiymati | Tushuntirish |
|---|---|---|
| Bitta solning uzunligi | 1,2 m | To‘lqin yo‘nalishidagi korpus o‘lchami |
| Sol kengligi | 0,6 m | Ko‘ndalang eni |
| Sol balandligi | 0,3 m | Vertikal umumiy balandlik |
| Boshlang‘ich sollar oralig‘i | 0,3 m | Asosiy bazaviy masofa |
| Bitta solning massasi | 72,4 kg | Ichki ballast bilan sozlangan model massasi |
| Raqamli hovuz o‘lchamlari | 28 m × 14 m × 3 m | Uzunlik, kenglik va suv chuqurligi |
| Tanlangan hisoblash to‘ri | 2 682 123 katakcha | O‘rta zichlikdagi to‘r (xatolik <1,5%) |
| Vaqt qadami | Δt = Tp/1000 | Cho‘qqi davrining 1/1000 qismi |
Eksperimental tasdiqlash (Validatsiya)
Model ikki bosqichda tasdiqlangan:
- Qo‘sh sol harakati tasdig‘i: Chjejiang Okean universiteti (Zhejiang Ocean University) to‘lqin hovuzida o‘tkazilgan muntazam to‘lqinlar tajribasida (H=0,10 m, T=1,67 s) nisbiy tangaj tebranishi amplituda va faza bo‘yicha to‘liq mos kelgan.
- Fokuslangan to‘lqin tasdig‘i: Plimut universiteti (University of Plymouth COAST Laboratory) tajribalaridagi 244 ta komponentdan iborat fokuslangan to‘lqin hosil bo‘lishi bilan solishtirilgan va 8 ta to‘lqin o‘lchagich nuqtalarida tajriba bilan yuqori aniqlikda moslik olingan.
To‘lqin amplitudasi va chastotasi ta’siri
To‘lqin amplitudasi 0,20 m dan 0,32 m gacha oshirilganda harakatlar va yuklamalar chiziqli bo‘lmagan tarzda keskin ko‘tarilgan. Amplituda 0,32 m bo‘lganida chastota 0,4 Hz dan 0,8 Hz gacha o‘zgartirildi:
| Holat | Amplituda Af | Chastota fp | O‘lchovsiz sharnir kuchi | O‘lchovsiz old langar kuchi | O‘lchovsiz orqa langar kuchi |
|---|---|---|---|---|---|
| H1 | 0,20 m | 0,4 Hz | 0,00339 | 0,00128 | 0,00119 |
| H2 | 0,25 m | 0,4 Hz | 0,00432 | 0,00132 | 0,00116 |
| H3 | 0,30 m | 0,4 Hz | 0,00522 | 0,00136 | 0,00110 |
| H4 | 0,32 m | 0,4 Hz | 0,00576 | 0,00156 | 0,00107 |
| H5 | 0,32 m | 0,6 Hz | 0,00704 | 0,00227 | 0,000927 |
| H6 | 0,32 m | 0,7 Hz | 0,00834 | 0,00480 | 0,00102 |
| H7 | 0,32 m | 0,8 Hz | 0,00789 | 0,00414 | 0,000960 |
Eng xatarli dinamik holat H6 sharoitida (0,7 Hz) yuz bergan. Bu yerda sharnir kuchi H1 ga qaraganda 2,46 baravar oshgan, tangaj burchaklari 15 gradusga yetgan. Mualliflar 0,7 Hz ni tizimning bog‘langan rezonans chastotasi deb baholaydilar.
Qizig‘i shundaki, old langar zanjiri eng katta kuchni H6 sharoitida (0,7 Hz) qabul qilgan bo‘lsa, orqa langar zanjiri eng katta yuklamani H1 sharoitida (0,4 Hz) ko‘rgan. Bu old va orqa langar tizimlarini alohida loyihalash zarurligini ko‘rsatadi.
Sollar oralig‘ining (Raft Gap) ta’siri
Eng og‘ir H6 sharoitida sollar orasidagi masofa 0,2 m dan 0,6 m gacha o‘zgartirilgan:
| Holat | Masofa | Gidrodinamik xatti-harakat va yuklamalar |
|---|---|---|
| T1 | 0,2 m | Sinxron harakat, eng kichik tangaj tebranishi, past yuklamalar (ammo kam energiya olish salohiyati) |
| T2 | 0,3 m | Eng yuqori sharnir va langar kuchlari (eng kritik yuklama holati) |
| T3 | 0,4 m | Eng katta nisbiy tangaj tebranishi (eng yuqori energiya olish potensiali) |
| T4 | 0,5 m | Oraliq holat, gidrodinamik ta’sir zaiflasha boshlaydi |
| T5 | 0,6 m | Gidrodinamik bog‘lanish sust, ammo uzun yelkali statik buquvchi moment ortadi |
Tadqiqotning kuchli tomonlari
- Ikki bosqichli eksperimental validatsiya o‘tkazilgani (qo‘sh sol harakati va fokuslangan to‘lqin);
- To‘r va vaqt qadami mustaqilligi to‘liq tekshirilgani;
- 3D RANS, VOF va ko‘p jism dinamikasi to‘liq integratsiya qilingani;
- Sharnir kuchi, old va orqa langar kuchlari alohida tahlil qilingani;
- Energiya olish uchun zarur nisbiy harakat bilan tuzilmaviy xavfsizlik o‘rtasidagi muhandislik muvozanati ko‘rsatib berilgani.
Tadqiqotning cheklovlari
- Tadqiqot taqrizdan o‘tmagan preprintdir;
- Natijalar model masshtabida olingan, to‘liq o‘lchamli dengiz prototipi sinovi yo‘q;
- Jismlar mutlaq qattiq deb olingan, elastik deformatsiyalar va material charchashi (fatigue) hisoblanmagan;
- Haqiqiy elektr energiyasi ishlab chiqarish quvvati (PTO damping) to‘g‘ridan-to‘g‘ri o‘lchanmagan;
- 0,7 Hz dagi rezonans alohida modal tahlil bilan tasdiqlanmagan.
Tadqiqotning metodologiyasi va natijalari
| Texnik element | Qo‘llanilgan usul |
|---|---|
| Tadqiqot turi | Eksperimental tasdiqlangan 3D CFD va ko‘p jism dinamikasi simulyatsiyasi |
| Dastur | Simcenter STAR-CCM+ |
| Gidrodinamik model | RANS, Menter SST k-ω turbulentlik, VOF serbest sirt modeli |
| Jismlar tizimi | Old sol, orqa sol va bog‘lovchi plankadan iborat 3 ta qattiq jism (sharnirli) |
| To‘lqin modeli | NewWave nazariyasiga asoslangan 3D fokuslangan ekstremal to‘lqinlar |
| To‘lqin parametrlari | Amplituda: 0,20–0,32 m; Cho‘qqi chastotasi: 0,4–0,8 Hz |
| Sollar oralig‘i | 0,2 m dan 0,6 m gacha |
| Kritik rezonans holati | Af = 0,32 m, fp = 0,7 Hz (taxminan 15° tangaj tebranishi) |
| Eng yuqori yuklama oralig‘i | 0,3 m sollar oralig‘ida eng yuqori sharnir va langar kuchlari |
| Eng yuqori harakat oralig‘i | 0,4 m sollar oralig‘ida eng katta nisbiy tangaj tebranishi |
Manba va metodologiya eslatmasi
To‘liq asl nomi: Hydrodynamic response and survivability of a hinged dual-raft wave energy converter under focused extreme waves
Mualliflar: Peng Xu, Cheng Lu, Yuan Zhang (mas’ul muallif: zhangyuan@zjou.edu.cn), Changqing Jiang, Xuanyu Chen, Xiwu Gong (Zhejiang Ocean University, Xitoy; Duisburg-Essen universiteti, Germaniya).
DOI:10.2139/ssrn.6947528 (SSRN preprint DOI).
Nashr yili: 2026.
Platforma: SSRN (Elektron tadqiqotlar platformasi).
Taqriz holati: Taqrizdan o‘tmagan preprint.
Rasmiy havola:SSRN maqola sahifasi
Ushbu Verianla maqolasi yuklangan PDF matni, gidrodinamik tenglamalari, grafiklari va CFD tahlillari asosida tayyorlangan. Natijalar raqamli simulyatsiya doirasida bo‘lib, to‘liq o‘lchamli dengiz stansiyalarining uzoq muddatli chidamliligini to‘g‘ridan-to‘g‘ri isbotlamaydi.
Izoh qoldiring
E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan