بررسی عددی نیروهای هیدرواستاتیک و هیدرودینامیک در اثر حرکات انتقالی و دورانی بر رفتار دینامیکی توربین بادی شناور

با توجه به بحران‌های پیش رو در خصوص استحصال انرژی و آلودگی‌های محیط‌زیست توربین‌های بادی شناور می‌توانند عملی‌ترین و اقتصادی‌ترین روش برای استخراج منابع عظیم انرژی باد فراساحلی در آب‌های عمیق و عمق متوسط باشند. توربین‌های بادی شناور سازه‌های پیچیده‌ای هستند که تحت اثر هم‌زمان تحریکات باد و موج قرار دارند. دینامیک سازه‌ای کوپل و معادلات پاسخ حرکت این توربین‌ها غیرخطی شدگی‌های هندسی میان حرکت‌های نسبی و سرعت‌ها را نشان می‌دهد توربین بادی شناور یک سیستم سازه‌ای مرکب آیرو-هایدرو-سرو-الاستیک هست؛ که برای چنین سازه‌هایی می‌بایست معادلات حرکت غیرخطی کوپل شده با در نظر گرفتن نیروهای تحریک و میرایی غیرخطی شامل تمام اثرات ناشی از باد و موج در حوزۀ زمان حل شوند. در پژوهش حاضر، آنالیز پاسخ‌های حرکت برای شرایط عملیاتی حرکات انتقالی و دورانی به‌منظور بررسی عملکرد و پایداری سازه‌ای توربین بادی شناور اسپار تحت نیروهای شناوری و هیدرودینامیک امواج موردبررسی قرار گرفته است. در این راستا اقدام به توسعه مدل عددی با استفاده از نرم‌افزار متلب گردید. پیش از انجام شبیه‌سازی دینامیکی توربین بادی شناور موردبررسی در این پژوهش به صحت‌سنجی مدول‌های موجود در مدل پرداخته می‌شود. درنهایت نتایج به‌دست‌آمده در حوزۀ زمان ارائه شده‌اند. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهند در حرکات انتقالی، بیشترین و کمترین میزان نیروی شناوری به ترتیب در جهت‌های عمودی و عرضی و بیشترین و کمترین میزان نیروی هیدرودینامیک به ترتیب در جهت‌های طولی و عرضی بوده است. همچنین در حرکات دورانی، بیشترین و کمترین میزان نیروی شناوری به ترتیب در جهت‌های طولی و عمودی و حداکثر و حداقل میزان نیروی هیدرودینامیک به ترتیب در جهت‌های عمودی و عرضی بوده است. بررسی کمّی نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد، مقدار نیروی شناوری در راستای محور X حداقل 16000- کیلونیوتن و حداکثر 500کیلو نیوتن در راستای محور Yحداقل 50-کیلونیوتنو حداکثر 550کیلونیوتن و در راستای محور Z  حداقل 82000 کیلونیوتن و حداکثر 7800 کیلونیوتن بوده است. همچنین مقدار نیروی هیدرودینامیک در راستای محور X حداقل 350- کیلونیوتن و حداکثر 350 کیلونیوتن در راستای محور Yحداقل صفر و حداکثر 2/6 نیوتن و در راستای محور Z  حداقل صفر و حداکثر 260 کیلونیوتن بوده است.

کلیدواژه ها:

توربین بادی شناور ، نیروهای شناوری ، نیروهای هیدرودینامیکی امواج ، نرم افزار متلب