محمدنويد مقيم
چکیده
با توجه به محدودیت منابع و آثار زیست محیطی سوخت های فسیلی، استفاده از انرژی های تجدیدپذیر به اولویت اصلی تأمین انرژی آینده تبدیل شده است. انرژی امواج، به عنوان یکی از منابع پرچگالی و در دسترس، توجه پژوهشگران را جلب کرده است. مبدل های ستون آب نوسانی (OWC) به دلیل امکان ترکیب با موج شکن ها، هزینه ساخت پایین و سهولت انتقال نیرو، جایگاه ویژه ای دارند؛ هرچند به دلیل رفتار هیدرودینامیکی پیچیده، هنوز به مرحله تجاری سازی نرسیده اند.
در این پژوهش، برای نخستین بار کارآیی هیدرودینامیکی مبدل های OWC با استفاده از روش بدون شبکه حل های اساسی (MFS) مورد تحلیل قرار گرفت. این روش امکان حل معادله لاپلاس مربوط به تابع پتانسیل سرعت موج را فراهم می کند که جریان غیرچرخشی و سیال ایده آل را توصیف می کند و ضمن کاهش چشم گیر زمان محاسبات نسبت به سایر روش های عددی، امکان بررسی دقیق رفتار هیدرودینامیکی مبدل را نیز می دهد. در تحلیل اولیه، معادلات شرایط مرزی خطی بررسی شدند و انواع مختلف هندسه کف، از جمله سطوح شیب دار، ارزیابی شد. دو پارامتر کلیدی بازشدگی(o) و شیب کف () به عنوان عوامل مؤثر در مبدل های با کف شیب دار شناسایی شدند و تحلیل نتایج نشان داد که افزایش شیب و کاهش بازشدگی موجب کاهش راندمان در طول موج های کوتاه و بهبود کارآیی در طول موج های بلند می شود. در نهایت، ایده های نو برای طراحی کف دو-شیب و سهموی معرفی گردید. همچنین، به منظور بررسی رفتار غیرخطی تعامل امواج با مبدل و شناسایی اثرات سه منشا غیرخطی شامل متحرک بودن نقاط مرزی سطح آزاد و غیرخطی بودن شرایط مرزی سینماتیکی و دینامیکی، تحلیل غیرخطی نیز انجام شد.
برای بررسی صحت و بهینه سازی یافته ها، مطالعه ای آزمایشگاهی روی مبدل های ساده و دو-شیب در دانشگاه صنعتی دالیان چین انجام شد. نتایج نشان داد که استفاده از کف دو-شیب موجب بهبود کارآیی مبدل در طول موج های بلند و کاهش افت کارآیی در طول موج های کوتاه می شود. همچنین، با افزایش نسبت دامنه موج Ai/d، مبدل دو-شیب عملکرد بهتری نسبت به مبدل ساده از خود نشان داد. به عنوان مثال، در نسبت بدون بعد دامنه موج به عمق آب برابر با 02/0، راندمان آن تا 7% کم تر بود، اما در نسبت بدون بعد دامنه موج به عمق آب برابر با 04/0، کارآیی آن تا %14 از مبدل ساده بهتر شد. این پژوهش علاوه بر ارائه یک روش عددی سریع و دقیق، راهکارهایی برای بهبود طراحی مبدل های OWC و ارتقای کارآیی آن ها ارائه می کند.