جلسه دفاع رساله دکتری (آقای امیر رحیمی)
موضوع: مطالعه ي عددي و تجربي ضرايب هيدروديناميكي و بررسي عملكرد برداشت كننده ي انرژي موج مدل نقطه اي دوبدنه اي
ارائه دهنده: امیر رحیمی
استادان راهنما: دکتر جمشید پرویزیان، دکتر شهریار منصورزاده
استادان داور: دکتر احمدرضا پیشه‌ور، دکتر علیرضا فدایی، دکتر علی لقمانی،دکتر محمود فغفور مغربی
چکیده
بحران سوخت‌های فسیلی و نگرانی‌های زیست‌محیطی، توجه به منابع انرژی برگشت‌پذیر مانند خورشید، باد، و امواج دریا را افزایش داده‌است. امواج دریا به‌دلیل چگالی بالای انرژی و در دسترس بودن در بخش عمده‌ای از شبانه‌روز، ظرفیت قابل‌توجهی برای تولید انرژی دارند. با این وجود، فناوری‌های برداشت انرژی از امواج هنوز به بلوغ کامل نرسیده و با چالش‌هایی نظیر ماهیت نامنظم امواج، محیط خورنده‌ی دریا، پیچیدگی طراحی سامانه‌های برداشت توان و مدل‌سازی پیچیده به‌دلیل چندرشته‌ای بودن، مواجه‌اند. این چالش‌ها نیازمند استفاده از رویکردهای پیشرفته در مدل‌سازی و تحلیل سیستم‌های مختلف است که هرکدام شامل فیزیک متفاوتی مانند مدل‌سازی امواج دریا، تعاملات سیال-جامد، تبدیل انرژی و راهبردهای کنترلی پیچیده است. این پژوهش با هدف بررسی رفتار هیدرودینامیکی و عملکرد برداشت‌کننده‌ی انرژی موج مدل نقطه‌ای دو بدنه‌ای، از ترکیب روش‌های عددی و تجربی استفاده کرده‌است. در روش عددی، ضرایب هیدرودینامیکی و نیروهای وارد بر سامانه با استفاده از روش المان مرزی و نرم‌افزار ANSYS AQWA محاسبه شدند. در روش تجربی، یک سکوی آزمایش مبتنی بر نظریه‌های تشعشع و پراکندگی طراحی و ساخته شد که امکان استخراج ضرایب هیدرودینامیکی در شرایط واقعی را فراهم کرد. مقایسه نتایج عددی و تجربی نشان داد که روش المان مرزی توانسته است ضرایب جرم افزوده، میرایی تشعشعی و نیروی تحریک موج را با دقت بالایی محاسبه کند. همچنین، میرایی کل هر دو بدنه به‌طور تجربی استخراج گردید. نتایج بیانگر این است که میرایی لزجت برای بدنه‌ی شناور قابل صرف‌نظر است، اما برای بدنه‌ی غوطه‌ور باید لحاظ شود. در این پژوهش میرایی لزجت برای بدنه‌ی غوطه ور خطی فرض شده‌است. با انجام آزمایش حد بالایی توان مشخص گردید که این فرض، نیروی تحریک موج معادل را به عنوان عامل انتقال انرژی به برداشت کننده تا 15 درصد در فرکانس 0/6 هرتز بیشتر از مقدار اندازه‌گیری‌شده تخمین می زند. این اختلاف در سایر فرکانس ها کمتر است. عملکرد برداشت‌کننده در حوزه‌های فرکانس و زمان برای موج‌های منظم و نامنظم با در نظر گرفتن سامانه‌های برداشت توان خطی و دورانی بررسی شد. نتایج نشان داد که در نظر نگرفتن اثر میرایی لزجت برای بدنه‌ی غوطه‌ور، توان برداشت‌شده‌ی میانگین را برای برداشت‌کننده‌ی مورد مطالعه تا حدود 3 برابر بیشتر محاسبه می‌کند. در این پژوهش همچنین تأثیر اصطکاک اجزای داخلی مکانیزم PTO دورانی بر روی میزان توان برداشت‌شده بررسی شد. نتایج شبیه‌سازی اختلاف بین 15 تا 20 درصدی با نتایج اندازه‌گیری‌شده دارد. علت این اختلاف می‌تواند ناشی از در نظر نگرفتن تلفات توان در ژنراتور باشد. عملکرد برداشت‌کننده در موج نامنظم نیز با بهره‌گیری از کدهای متن‌باز Wec-Sim بررسی شد و مشخص گردید که برداشت‌کننده‌ی بهینه برای منطقه‌ی مشخصی در تنگه هزمز، قادر است به طور میانگین 2800 وات توان را برداشت کند. به‌طور خلاصه نتایج این پژوهش، مبنایی برای طراحی، بهینه‌سازی، و ساخت برداشت‌کننده‌های انرژی موج با کارایی بالا فراهم می‌کند و نقش مهمی در کاهش هزینه‌های طراحی و تسریع توسعه تجاری این فناوری ایفا خواهد کرد.
کلمات کلیدی: انرژی برگشت‌پذیر، برداشت انرژی از امواج دریا، برداشت‌کننده‌ی نقطه‌ای، مطالعه عددی و تجربی، ضرایب هیدرودینامیکی، روش المان مرزی