Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ý nghĩa của độ chính xác của trường áp lực đối với các phép tính lực Froude–Krylov phi tuyến cho các thiết bị năng lượng sóng
Tóm tắt
Do tính thuận tiện trong tính toán, các mô hình toán học tuyến tính cho các bộ chuyển đổi năng lượng sóng thường được sử dụng. Việc đưa vào các phi tuyến có thể cải thiện độ chính xác của kết quả, nhưng thường với cái giá là gánh nặng tính toán và độ phức tạp bổ sung, điều này chỉ có thể được biện minh nếu các phi tuyến là đáng kể. Một trong những nguồn phi tuyến trong tương tác chất lỏng-cơ thể chính là chính trường sóng. Có nhiều mô hình sóng khác nhau, trong đó có lý thuyết tuyến tính Airy, phương pháp kéo dài Wheeler, phương pháp Rienecker–Fenton phi tuyến, và các phương pháp phổ bậc cao, tất cả đều đạt được một sự thỏa hiệp khác nhau giữa độ chính xác và độ phức tạp. Ảnh hưởng của độ chính xác của các lý thuyết sóng như vậy mạnh mẽ phụ thuộc vào thiết bị cụ thể (nguyên lý hoạt động, khu vực sản xuất năng lượng hoặc chế độ sống sót), và địa điểm lắp đặt (độ sâu nước, tần suất của mỗi trạng thái biển trong biểu đồ phân tán của địa điểm lắp đặt). Bài báo này đánh giá hiệu suất của các đại diện trường sóng khác nhau, đầu tiên là theo nghĩa tuyệt đối và thứ hai là liên quan đến các phép tính lực Froude–Krylov phi tuyến liên quan cho các thiết bị năng lượng sóng khác nhau, trong các trạng thái biển đều đặn và không đều. Kết quả cho thấy rằng phương pháp kéo dài Wheeler mang lại sự thỏa hiệp tốt giữa độ chính xác và độ phức tạp cho các bộ chuyển đổi năng lượng sóng hoạt động trong khu vực sản xuất năng lượng.
Từ khóa
#các mô hình sóng #lực Froude-Krylov #phi tuyến #bộ chuyển đổi năng lượng sóng #độ chính xác #độ phức tạpTài liệu tham khảo
Aquamarine (2016) Aquamarine power. http://www.aquamarinepower.com/
Babarit A, Mouslim H, Clément A, Laporte-Weywada P (2009) On the numerical modelling of the non linear behaviour of a wave energy converter. In: ASME 2009 28th international conference on ocean, offshore and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, pp 1045–1053
Clauss G, Kosleck S, Sprenger F, Boeck F (2009) Adaptive stretching of dynamic pressure distribution in long-and short-crested sea states. In: ASME 2009 28th international conference on ocean, offshore and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, pp 333–343
Dean RG, Dalrymple RA (1991) Water wave mechanics for engineers and scientists, vol 2. World Scientific Publishing Co Inc, London
Du S, Hudson D, Price W, Temarel P (2009) Implicit expressions of static and incident wave pressures over the instantaneous wetted surface of ships. Proc Inst Mech Eng Part M J Eng Marit Environ 223(3):239–256
Ducrozet G (2017) Open-source release of HOS-ocean. https://github.com/LHEEA/HOS-ocean/wiki
Ducrozet G, Bonnefoy F, Le Touzé D, Ferrant P (2007) 3-d HOS simulations of extreme waves in open seas. Natl Hazards Earth Syst Sci 7(1):109–122. https://doi.org/10.5194/nhess-7-109-2007. http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/7/109/2007/
Ducrozet G, Bonnefoy F, Le Touzé D, Ferrant P (2016) HOS-ocean: open-source solver for nonlinear waves in open ocean based on high-order spectral method. Comput Phys Commun 203:245–254
Ducrozet G, Bonnefoy F, Perignon Y (2017) Applicability and limitations of highly non-linear potential flow solvers in the context of water waves. Ocean Eng 142:233–244
Fenton J (1990) Nonlinear wave theories. Sea 9(Part A):3–25
Gilloteaux JC (2007) Mouvements de grande amplitude d’un corps flottant en fluide parfait. application à la récupération de l’énergie des vagues. PhD thesis, Ecole Centrale de Nantes-ECN
Giorgi G, Ringwood JV (2017a) Comparing nonlinear hydrodynamic forces in heaving point absorbers and oscillating wave surge converters. J Ocean Eng Mar Energy 1–11. https://doi.org/10.1007/s40722-017-0098-2
Giorgi G, Ringwood JV (2017b) Computationally efficient nonlinear Froude–Krylov force calculations for heaving axisymmetric wave energy point absorbers. J Ocean Eng Mar Energy 3(1):21–33
Giorgi G, Ringwood JV (2017c) Froude–Krylov and viscous drag representations in nonlinear wave energy devices models in the computation/fidelity continuum. Ocean Eng 141:164–175
Giorgi G, Penalba M, Ringwood JV (2016) Nonlinear hydrodynamic models for heaving buoy wave energy converters. In: Proceedings of the 3rd Asian wave and tidal energy conference, pp 144–153
Guerinel M, Jansson E, Todalshaug JH, Jesmani M, Guijt K (2017) Modelling alternatives for a heaving point absorber with and without stiffness modulation. In: 12th European wave and tidal energy conference (EWTEC), Cork
Hedges T (1995) Regions of validity of analytical wave theories. In: ICE proceedings water maritime and energy, vol 112, pp 111–114
Le Méhauté B (1976) An introduction to hydrodynamics and water waves. Ocean Front Coast Process. Springer, Berlin. https://doi.org/10.1007/978-3-642-85567-2
Merigaud A, Gilloteaux JC, Ringwood JV (2012) A nonlinear extension for linear boundary element methods in wave energy device modelling. In: ASME 2012 31st international conference on ocean, offshore and arctic engineering. American Society of Mechanical Engineers, pp 615–621
Newman J (1977) Marine hydrodynamics. MIT Press, Cambridge
O’Boyle L, Doherty K, van’t Hoff J, Skelton J (2015) The value of full scale prototype data-testing oyster 800 at emec, orkney. In: Proceedings of the 11th European wave and tidal energy conference (EWTEC), Nantes, France, pp 6–11
Ochi MK (2005) Ocean waves: the stochastic approach, vol 6. Cambridge University Press, Cambridge
Penalba M, Giorgi G, Ringwood JV (2017) Mathematical modelling of wave energy converters: a review of nonlinear approaches. Renew Sustain Energy Rev 78:1188–1207. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.137, http://www.eeng.nuim.ie/coer/wp-content/uploads/2017/05/J270MRGG-3.pdf
Sergeeva A, Slunyaev A (2013) Rogue waves, rogue events and extreme wave kinematics in spatio-temporal fields of simulated sea states. Natl Hazards Earth Syst Sci 13(7):1759–1771. https://doi.org/10.5194/nhess-13-1759-2013. http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/13/1759/2013/
Sobey RJ, Goodwin P, Thieke RJ, Westberg RJ Jr (1987) Application of Stokes, cnoidal, and Fourier wave theories. J Waterw Port Coast Ocean Eng 113(6):565–587
Tanaka M (2001) Verification of Hasselmann’s energy transfer among surface gravity waves by direct numerical simulations of primitive equations. J Fluid Mech 444:199–221. https://doi.org/10.1017/S0022112001005389
Tarrant KR (2015) Numerical modelling of parametric resonance of a heaving point absorber wave energy converter. PhD thesis, Department of Mechanical & Manufacturing Engineering, Trinity College
Wavestar (2016) Wavestar a/s. http://wavestarenergy.com/
Wheeler J (1970) Methods for calculating forces produced on piles in irregular waves. J Petrol Technol 249:359–367
Williams J (1981) Limiting gravity waves in water of finite depth. Philos Trans R Soc Lond A Math Phys Eng Sci 302(1466):139–188