Hur påverkar perforerade plattor lastning på OWC-caisson under dammbrottsflöde?

Denna sektion undersöker hur en perforerad platta installerad vid fronten av en OWC-caisson påverkar dess lastning vid dammbrottsflöde. Tidigare forskning har beskrivit hur extrema händelser, representerade av dammbrottsflöden, påverkar lastningen på OWC-caisson. Här föreslås en integration av en perforerad platta för att omfördela flödet genom delning och energiavledning, vilket minskar lokala lasttoppar under sådana extrema händelser. Det ultimata målet är att lindra den extrema lastningen på OWC-caisson vid dessa förhållanden.

Den perforerade plattan som installerades hade en bredd på Lp = 0,1 m (motsvarande tankens bredd), en höjd på Hp = 0,29 m och en tjocklek på tp = 0,005 m. Plattan var designad med ett enhetligt rutmönster av rektangulära öppningar, där varje rutnät separerades med ett avstånd dp = 0,01 m och rutnätets höjd var Dp = 0,02 m. Öppningskvoten var 31 % för detta experiment. Det numeriska nätet var förfinat kring luftkammarens öppning för att säkerställa högupplösta simuleringar, där cellstorleken nära öppningen var 0,3125 mm × 0,3125 mm. Totalt användes ett nätverk med 79 774 celler för att åstadkomma en exakt simulering.

Resultaten från simuleringen visade att lasten på frontväggen reducerades markant vid användning av den perforerade plattan. I avsaknad av plattan visade de horisontella krafterna en uttalad topp på 53,7 N. När plattan var installerad minskade toppvärdet med cirka 27,4 %, vilket visar på plattans effektivitet att lindra den energi som överfördes genom vattnets rörelse. Tryckfördelningen på frontväggen visade även att utan perforerad platta uppnåddes högre lokala tryckvärden. Med den perforerade plattan installerad minskade trycket på alla mätpunkter avsevärt.

Vattnets yta vid toppbelastningen visade också tydliga skillnader. För det fall där den perforerade plattan var installerad, hindrades en stor del av vattnets flöde, och den energi som tidigare överfördes till caissonens väggs reducera betydligt. Detta resulterade i att påslaget på frontväggen var lägre och mer jämnt fördelat.

Det här studien ger viktig insikt i hur en perforerad platta kan användas för att minska den extrema lastningen som orsakas av dammbrottsflöden. Genom att avleda en del av flödet och dämpa energiöverföringen kan effekten av extrema vågpåslag reduceras avsevärt, vilket gör att strukturen kan stå emot sådana händelser mer effektivt. De resultat som erhållits från numeriska beräkningar och experimentella tester bekräftar att denna metod kan användas för att förbättra hållbarheten och skyddet för OWC-caissons under extrema förhållanden.

Hur kan integrerade vind- och vågenergisystem förbättra prestanda och effektivitet i havsbaserade förnybara energisystem?

Integrationen av förnybara energikällor har blivit ett centralt forskningsområde inom marin teknik, och särskilt kombinationen av havsbaserade vindkraftverk och vågenergisystem har visat sig vara ett lovande och effektivt sätt att öka både energiutvinning och ekonomiska fördelar. Dessa hybridlösningar, där vågenergiomvandlare installeras på en flytande vindkraftverksfundament, gör det möjligt att både vindkraftverk och vågenergiomvandlare delar samma flytande plattform, förankringssystem och energitransmissionssystem.

Denna integration leder till en rad fördelar, där det mest uppenbara är att den sparar utrymme på havet och minskar driftkostnaderna. Genom att kombinera dessa två energikällor kan man optimera utnyttjandet av havets resurser och därigenom öka den totala energiproduktionen. En annan fördel är att vindkraftverk och vågenergisystem kan kompensera varandra när det gäller tillgången på energi: vindkraftverk fungerar bäst när vinden är stark, medan vågenergiomvandlare kan vara mer effektiva när vinden är svag men havet fortfarande producerar energi i form av vågor.

Flytande vind-våg-hybridsystem kännetecknas ofta av komplexa sammankopplingar mellan flera enheter. För dessa multi-body-system uppstår kopplade interaktioner mellan de olika modulerna, vilket skapar utmaningar både när det gäller design och drift. För att förstå dessa system krävs en detaljerad modellering av hydrodynamiska och hydroelastiska responsmekanismer. Det innebär att man måste ta hänsyn till både de individuella strukturerna som utgör systemet och deras inbördes interaktioner, vilket gör simuleringar och analyser av dessa system mycket komplexa.

Ett exempel på detta är forskning som genomförts av Hallak och Guedes Soares [9], som har sammanfattat de senaste framstegen inom hybridplattformar för vind- och vågenergi. Genom att undersöka olika kopplade hydrodynamiska svar och deras inverkan på hela systemets prestanda, har man kunnat få en bättre förståelse för hur dessa enheter samverkar under olika väderförhållanden och driftsförhållanden. Zhou et al. [33] genomförde både numeriska och experimentella undersökningar av den kopplade hydrodynamiska responsen hos en cylindrisk OWC-enhet (Oscillating Water Column) som integrerats med ett monopil-fundament för ett havsbaserat vindkraftverk. Deras arbete har bidragit till att belysa den komplexa dynamiken i sådana hybridlösningar och hur effektiviteten kan optimeras genom att noggrant analysera och modellera dessa samverkande krafter.

Det är också värt att notera att teknologier som kopplar samman vindkraftverk och vågenergisystem erbjuder potential för att generera energi under hela året. Medan vindkraft är säsongsberoende och kan variera i styrka beroende på väderförhållanden, är vågenergi i många fall mer stabil och förutsägbar, vilket gör att en kombination av dessa två kan skapa en mer kontinuerlig och pålitlig energiförsörjning.