EXTREME WAVE LOADING ON OFFSHORE WAVE ENERGY DEVICES USING CFD: A HIERARCHICAL TEAM APPROACH

使用 CFD 的海上波浪能装置的极端波浪载荷:分层团队方法

基本信息

  • 批准号:
    EP/D077036/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.44万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2006
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2006 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

A major design consideration for offshore wave energy devices is survivability under extreme wave loading. The aim of this project is to predict loading and response of two floating wave energy devices in extreme waves using CFD (computational fluid dynamics), in which fluid viscosity, wave breaking and the full non-linearity of Navier-Stokes and continuity equations are included. Two classes of device will be considered: Pelamis (of Ocean Power Delivery Ltd.), the prototype having already successfully generated electricity into the grid, and a floating buoy device responding in heave, known as the Manchester Bobber (Manchester University), which is being tested at 1/10th scale. Both classes of device are thought to be competitive with other renewable energy sources, being economically roughly equivalent to onshore wind energy. The CFD simulations will be undertaken in three ways: by commercial codes, CFX and COMET (STAR-CD); by recent advanced surface-capturing codes; and by the novel SPH (smoothed particle hydrodynamics) method. In order to address the uncertainties in the CFD approaches, such as the accuracy of prediction and the magnitude of computer resources required, a staged hierarchical approach of increasing computer demand will be taken in: mathematical formulation (from an inviscid single fluid to a two-fluid viscous/turbulence approach); wave description (from regular periodic to focussed wave groups including NewWave); and complexity of structure (from a fixed horizontal cylinder parallel to wave crests to the six degrees of freedom of Pelamis). At each stage, numerical results will be compared with experimental data. The significance of the inviscid v. viscous formulations, wave nonlinearity, non-breaking v. breaking conditions, and the dynamic response of the body will thus be assessed for extreme conditions. Designs for survivability should thus be better evaluated. The resulting CFD methodology will also benefit analysis of extreme wave interaction with ships, other marine vehicles and structures in general. For example interaction with freak waves and the 'green' water problem have yet to be resolved
海上波浪能装置的主要设计考虑是在极端波浪载荷下的生存能力。本课题的目的是利用计算流体力学(CFD)方法预测两个浮波能装置在极端波浪中的载荷和响应,其中包括流体粘度、波浪破碎以及Navier-Stokes方程和连续性方程的完全非线性。将考虑两类设备:Pelamis(海洋电力输送有限公司),其原型已经成功地将电力输送到电网中,以及一种浮动浮标设备,称为曼彻斯特Bobber(曼彻斯特大学),正在以1/10的比例进行测试。这两类设备都被认为与其他可再生能源具有竞争力,在经济上大致相当于陆上风能。CFD模拟将通过三种方式进行:商业代码、CFX和COMET (STAR-CD);通过最近先进的表面捕获代码;采用新颖的SPH(光滑粒子流体力学)方法。为了解决CFD方法中的不确定性,例如预测的准确性和所需计算机资源的大小,将采用一种分阶段的分层方法来增加计算机需求:数学公式(从无粘的单一流体到双流体粘性/湍流方法);波描述(从规则周期波到包括NewWave在内的集中波群);结构的复杂性(从与波峰平行的固定水平圆柱体到Pelamis的六个自由度)。在每个阶段,数值结果将与实验数据进行比较。因此,在极端条件下,将评估无粘与粘性公式、波非线性、非破断与破断条件以及体的动态响应的意义。因此,应该对生存性设计进行更好的评估。由此产生的CFD方法也将有利于分析与船舶、其他海上交通工具和一般结构的极端波浪相互作用。例如,与异常波浪的相互作用和“绿色”水的问题尚未得到解决

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Wave body interaction in 2D using smoothed particle hydrodynamics (SPH) with variable particle mass
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使用可变质量粒子分布的 3D 浮体 SPH
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