Advanced computational modeling of wave energy converters and fluid-structure interaction: a smoothed particle hydrodynamics approach
Dalga enerjisi dönüştürücülerinin ve akış-yapı etkileşiminin ileri düzey hesaplamalı modellemesi: düzgünleştirilmiş parçacık hıdrodinamiği yaklaşımı
- Tez No: 832185
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET YILDIZ, DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT OZBULUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Üretim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD), çeşitli gerçek hayat ve endüstriyel uygulamalarda karmaşık akışkan hareketi olaylarını analiz etmek ve simüle etmek için güçlü bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Bu tez, dalgalı enerji dönüştürücülerinin (WEC'ler) ve akış-yapı etkileşimi (FSI) sorunlarının hesaplamalı modellemesini geliştirmeye odaklanmaktadır. Bu amaçla, smoothed particle hydrodynamics (SPH) yöntemi kullanılarak, bu fiziksel süreçlerin doğasında yer alan karmaşıklıkları ve doğrusal olmayanlıkları ele alma kabiliyetiyle tanınan bir ağsız sayısal yaklaşım kullanılmaktadır. Bu araştırmanın temel amacı, SPH yönteminin salınan dalga enerjisi dönüştürücüleri (OWEC'ler), taşma tipi dalga enerjisi dönüştürücü cihazlar ve nokta emici dönüştürücü sistemleri gibi üç farklı enerji dönüştürücüyü modelleme ve simülasyon yeteneklerini geliştirmektir. SPH yönteminin hassasiyeti ve esnekliği kullanılarak, bu çalışma bu cihazların hidrodinamik davranışını kapsamlı bir şekilde anlamayı, performanslarını ve optimizasyonlarını değerlendirmeyi hedeflemektedir. Araştırmaya başlamak için, sayısal bir dalga kanalında düzenli ve düzensiz dalgaların modellemesi önemli bir adımdır ve ardışık WEC modellemesi için gerçekçi dalga koşullarının oluşturulmasında temel bir rol oynamaktadır. Dalga yüksekliği, periyot ve dalga yörüngesel hızları gibi dalga özelliklerinin dikkatlice yeniden üretilmesiyle, sayısal simülasyonların güvenilirliği ve sadakati sağlanmaktadır. Daha sonra, SPH yöntemi kullanılarak dalga enerji dönüştürücü cihazlarının modellemesi yapılmakta ve cihazlar ile dalgalar arasındaki karmaşık etkileşimlerin kesin bir şekilde yakalanması sağlanmaktadır. Bu modelleme yaklaşımı sayesinde, dönüştürücülerin hidrodinamik performansı ve enerji dönüşüm verimliliği titizlikle analiz edilebilmektedir. Ayrıca, bu tez, SPH yöntemini kullanarak akış-yapı etkileşimi (FSI) sorunlarının incelenmesine de odaklanmaktadır. Bu, akışkan akımları ile çeşitli yapılar arasındaki dinamik etkileşimin modellemesi ve simülasyonunu içermektedir. Akışkan kaynaklı kuvvetler ve katı cisimlerin hareketi gibi önemli faktörler dikkate alınmaktadır. FSI sorunlarının incelenmesi, dinamik akışkan ortamlarda çalışan yapıların davranışını ve performansını daha derinlemesine anlamayı hedeflemektedir. Araştırma yöntemi, dalga enerji dönüştürücü sistemlerinin ve akış-yapı etkileşimi sorunlarının doğru bir şekilde simülasyonunu sağlamak için SPH yönteminin uygulanması ve geliştirilmesini içermektedir. Geliştirilen sayısal modellerin ve simülasyonların güvenilirliği ve geçerliliği, deneysel verilerle ve literatürdeki mevcut teorik sonuçlarla kapsamlı karşılaştırmalar yaparak değerlendirilecektir. Bu araştırmanın sonuçları, dalga enerji dönüştürücüler ve akış-yapı etkileşimi alanında hesaplamalı modellemeye önemli katkılarda bulunması beklenmektedir. SPH yönteminden yararlanarak, bu çalışma salınan dalga enerjisi dönüştürücüleri (OWEC'ler), taşma tipi dalga enerjisi dönüştürücü cihazlar ve nokta emici dönüştürücü sistemlerinin performansını ve optimizasyonunu sağlamak için değerli içgörüler sunacaktır. Ayrıca, akış-yapı etkileşimi sorunlarının incelenmesi, akışkan akımlarına maruz kalan yapıların dinamik davranışını ve tepkisini daha iyi anlamamıza yardımcı olacaktır. Sonuç olarak, bu araştırma, dalga enerji dönüştürücülerinin tasarımı ve işletilmesinde ilerlemeler sağlamayı ve dalga enerjisi kaynaklarının sürdürülebilir kullanımını teşvik etmeyi amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
Computational fluid dynamics (CFD) has emerged as a powerful tool for analyzing and simulating complex fluid flow phenomena in various real-life and industrial applications. This thesis focuses on advancing the computational modeling of wave energy converters (WECs) and fluid-structure interaction (FSI) problems using the smoothed particle hydrodynamics (SPH) method, a mesh-free numerical approach renowned for its ability to address the inherent complexities and non-linearities of such physical processes. The primary objective of this research is to enhance the capabilities of the SPH method in modeling and simulating three distinct types of energy converters: Oscillating Wave Energy Converters (OWECs), Overtopping-type Wave Energy Converter devices, and Point Absorber Converter systems. By harnessing the accuracy and flexibility of the SPH method, this study aims to achieve a comprehensive understanding of the hydrodynamic behavior of these devices, providing valuable insights into their performance and optimization. To initiate the investigation, a crucial step involves modeling regular and irregular waves in a numerical wave flume, serving as the foundation for generating realistic wave conditions for subsequent WEC modeling. By meticulously reproducing wave characteristics, including height, period, and wave orbital velocities, the reliability and fidelity of the numerical simulations are ensured. Subsequently, the SPH method is employed to model the wave energy converter devices, enabling the precise capture of the intricate interactions between the devices and the waves. Through this modeling approach, a rigorous analysis and evaluation of the hydrodynamic performance and energy conversion efficiency of the converters can be conducted. Furthermore, this thesis delves into the investigation of fluid-structure interaction (FSI) problems utilizing the SPH method. This entails the modeling and simulation of the dynamic interaction between fluid flows and various structures, accounting for significant factors such as fluid-induced forces and the resulting motion of solid objects. By examining FSI problems, this research aims to deepen the understanding of the behavior and performance of structures operating within dynamic fluid environments. The research methodology involves the implementation and refinement of the SPH method to ensure the accurate simulation of wave energy converter systems and f luid-structure interaction problems. The credibility and validity of the developed numerical models and simulations will be assessed through rigorous comparisons with experimental data and existing theoretical results documented in the literature. The outcomes of this research are anticipated to make substantial contributions to the field of computational modeling in wave energy converters and fluid-structure interaction. By leveraging the SPH method, this study will offer valuable insights into the performance and optimization of oscillating wave energy converters, overtopping wave energy converters, and point absorber converter systems. Additionally, the investigation of fluid-structure interaction problems will enhance the understanding of the dynamic behavior and response of structures subjected to fluid flows. Ultimately, this research endeavors to drive advancements in the design and operation of wave energy converters, promoting the sustainable utilization of wave energy resources.
Benzer Tezler
- Calculating radar range profile by time domain processing with physical optics
Fiziksel optik yöntemiyle zaman domeninde sinyal işleme kullanılarak radar menzil profilinin hesaplanması
ECE YAZAREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- Chemical kinetic modelling of autoignition under conditions relevant to knock in spark ignition
Kıvılcım ateşlemeli motorlarda vuruntu şartlarında kendiliğinden tutuşmanın kimyasal kinetik modellemesi
HAKAN SERHAD SOYHAN
- Basınçlı su reaktörleri U borulu buhar üreteçlerinin termo-hidrolik modellenmesi
Thermal-hydraulic analysis of U-tube steam generators for gressurized water reactors
SÜLEYMAN ÖZKAYNAK
- Development of a quasi-2DH model for numerical modeling of shoreline changes
Kıyı çizgisi değişimlerinin sayısal modellenmesi için yarı iki boyutlu model geliştirilmesi
CAN ÖZSOY
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CÜNEYT BAYKAL
- Kuyu içi (VSP) sismik verilerinin konvansiyonel olmayan yöntemlerle kömür aramacılığına yönelik entegre analizi
Integrated analysis of wellbore seismic data by unconventional methods for coal exploration
ALİ CANKURTARANLAR
Doktora
Türkçe
2024
Jeofizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA EMİN DEMİRBAĞ