مطالعه آزمايشگاهي و عددي ارتعاشات سازه هاي غوطه ور يك و دو درجه آزادي و مقايسه جذب انرژي آنها از امواج

Experimental and Numerical Study of vibration in submerged structures with multi-degree-of-freedom and comparing the efficiency of wave's energy absorption

در اين مقاله با اندازه گيري آزمايشگاهي و شبيه سازي عددي، اثر فركانس، ارتفاع و طول موج امواج گرانشي پيشرونده بر ارتعاشات و انرژي دريافتي سامانه‌هاي نوساني بريستول با يك و دو درجه آزادي به عنوان مبدل انرژي در عمق‌هاي مختلف آب مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمايش‌ها در يك كانال مجهز به سامانه موج ساز باله‌اي كه داراي وسايل اندازه‌گيري مشخصات موج مي‌باشد، انجام شده است. شبيه سازي عددي با استفاده از نرم افزار كامسول كه توانايي شبيه‌سازي برهم‌كنش محيط‌هاي فيزيكي را دارد براي جريان آشفته صورت گرفته است. مقايسه نتايج عددي و آزمايشگاهي به دست آمده از اين مطالعه با هم و نيز مقايسه آنها با نتايج ساير محققين در بازه وسيعي از پارامترهاي امواج تطابق مطلوبي را نشان مي‌دهد. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه تغيير عمق اجسام غوطه‌ور از سطح آزاد آب اثر قابل توجهي بر رفتار ارتعاشي آنها دارد بطوريكه با افزايش عمق، دامنه نوسانات جسم به يك مقدار ماكزيمم افزايش و سپس كاهش مي‌يابد. نتايج همچنين بيانگر اثر متفاوت عمق نسبي آب بر بازده سامانه‌هاي يك و دو درجه آزادي مي‌باشد، بطوريكه افزايش عمق نسبي آب موجب افزايش بازده سامانه‌هاي يك درجه آزادي عمودي مي‌گردد در حاليكه تاثير قابل توجهي بر بازده سامانه‌هاي دو درجه آزادي ندارد. نتايج نشان مي‌دهد كه براي يك ارتفاع ثابت آب داخل كانال، افزايش فركانس موجساز موجب افزايش ارتفاع و نيروي امواج توليدي و در نتيجه افزايش دامنه ارتعاشات جسم غوطه‌ور در دو راستاي عمودي و افقي مي‌گردد.

In this study, the effects of frequency, height and wavelength of progressive gravity waves on vibration and energy absorption of the single- and two-degree of freedom Bristol oscillating cylinder systems have been investigated experimentally and numerically in different depths of water. The experiments were carried out in channel equipped with both a paddle-type wave-maker and wave features measurement tools. Numerical simulations were conducted in COMSOL software assigned to simulate interactions between physical environments for turbulent flow. Making a comparison between the numerical and experimental conclusions compared to the other researchers' results demonstrates desired matching in a wide range of waves' parameters. It can be seen in the findings that changes in depth of submerged objects from free surface of water has considerable influence on their vibration behavior, so that by rising in depth, the oscillations amplitude increases to a maxima and then decreases. The obtained results indicate the different effects of relative depth under the submerged buoy on the efficiency of the single- and two-degree of freedom systems; so that increasing water height causes rise in the efficiency of single degree of freedom systems, but it does not have a significant influence on two degree of freedom systems. The results also show that expanding the wave-maker frequency for a constant height of water in channel causes the energy and height of the generated waves to rise so that oscillations amplitude of submerged buoy rise in vertical and horizontal line.