بررسي عددي عملكرد نوسانگر جاذب رفت و برگشتي موج با استفاده از روش كسر حجمي سيال

Numerical study of the performance of an oscillating wave surge converter using volume of fluid method

در اين پژوهش به ارائه و بررسي كارآيي و دقت يك روش جديد براي شبيه‌سازي عددي دو بعدي نوسانگر جاذب رفت و برگشتي موج پرداخته مي‌شود. نوسانگر جاذب رفت و برگشتي موج تجهيزاتي با يك درجه آزادي هستند كه در عمق متوسط دريا و نزديك ساحل نصب مي‌شوند و حركت زاويه‌اي رفت و برگشتي داشته و براي جذب انرژي امواج دريا به‌كار مي‌روند. روش شبيه‌سازي به‌كار رفته بر مبناي روش كسر حجمي سيال مي‌باشد. در روش‌هاي رايج، به دليل ماهيت حركت اين وسيله از روش كسر حجمي سيال و شبكه‌بندي متحرك استفاده مي‌شود، امّا در روش به‌كار رفته در اين پژوهش از شبكه‌بندي ثابت و غير متحرك استفاده شده است كه موجب افزايش سهولت آماده‌سازي و سرعت محاسبات مي‌شود. نتايج اين شبيه‌سازي عددي با داده‌هاي آزمايشگاهي و نتايج شبيه‌سازي‌ عددي با روش شبكه‌بندي متحرك، مقايسه ‌شده است كه دقت بالاي اين روش را نشان مي‌دهد. اعتبارسنجي در شرايط سخت و با امواج تيز انجام شده است. شبيه‌سازي در اين شرايط به دقت بسيار بالاي روش عددي نيازمند است. همچنين نيروهاي خارجي از جمله نيروي سيستم جذب قدرت هم در شبيه‌سازي لحاظ شده است. ضريب جذب، شرايط جذب انرژي و اثر جذب انرژي بر زاويه، سرعت زاويه‌اي و پديده بهم كوفتن نوسانگر جاذب رفت و برگشتي موج هم بررسي مي‌شود. در پايان اثر ارتفاع موج و ضريب سيستم جذب قدرت بر ضريب جذب و ميزان انرژي جذب شده توسط نوسانگر جاذب رفت و برگشتي موج براي امواجي با دوره نوسان يكسان بررسي مي‌گردد.

This study, deals with the investigation of the accuracy and performance of a novel method for simulation of oscillating wave surge converter (OWSC). The OWSC is an instrument with one degree of freedom mounted in near shore areas which oscillates back and forth. This device is used to harvest sea wave energy. The developed model is based on the well-known volume of fluid (VOF) method. Due to the nature of the OWSC motion, the VOF method in conjunction with unstructured dynamical grid mesh has been used in the literature. But in this study, a structured grid mesh is employed which facilitates the numerical preparation and the speed of simulation process. The results are compared with the experimental data and the results of numerical method in the literature by dynamical grid mesh. This comparison shows the high accuracy of the developed model in this study. The model validation is performed in an extreme condition with steep waves which need an accurate numerical scheme. The external forces including power take off (PTO) forces are also simulated. The capture factor, energy absorption condition and the effect of PTO on angle, angular velocity and slamming of the OWSC are also investigated. Finally, the effect of wave height and the PTO stiffness on the capture factor and absorbed energy by the OWSC for waves with a specific period are investigated.