مهندسی دریا
سال:1397 | دوره:14 | شماره:28 |تعداد مقالات:12

انرژی های دریایی و اقیانوسی بخشی از انرژی های تجدید پذیر هستند که برای استحصال آن، از مبدل های انرژی امواج استفاده می شود. برای بررسی عملکرد این مبدل ها، مدل سازی تجربی کمک بسیار زیادی خواهد کرد. در این پژوهش، مدل آزمایشگاهی مبدل انرژی موج از نوع سامانه تضعیف کننده در گروه پژوهشی انرژی های دریاپایه دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل ساخته شده و در استخر موج این دانشگاه با اعمال شرایط امواج دریا مورد بررسی و ارزیابی تجربی قرار گرفته است. در این ارزیابی، اثرات پارامترهای دامنه و دوره تناوب موج، بر روی توان تولیدی متوسط و ماکزیمم سامانه ویواستار مورد بررسی قرار گرفتند. با توجه به نتایج بدست آمده مشاهده شد که در دامنه های موج بالا (وضعیت 13 تا 15)، در سرعت های rpm 35 و rpm 25 توان تولیدی ماکزیمم، نزدیک به هم و به ترتیب برابر با 7/36 و 31 وات بوده است. با توجه به آشفته بودن جریان و آسیب دیدن احتمالی سامانه در سرعت rpm 35، دامنه موج 15 و سرعت rpm 25 به دلیل عملکرد بهتر سامانه به عنوان بهینه ترین حالت انتخاب گشته است.

استفاده از اسپادکن به عنوان پی سکوی حفاری جکاپ مرسوم است. ابعاد مدل، تحکیم رس و نفوذ اسپادکن، مهم ترین مسائل در مدل سازی این نوع پی ها در رس هستند. در این مقاله نفوذ مخروط های CPT و پی اسپادکن در خاک رسی تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. برای مطالعه تاثیر مقاومت زهکشی نشده رس بر عملکرد بار-نفوذ اسپادکن از خاک اصلاح شده با 5 و 10 درصد سیمان استفاده شد؛ همچنین از دو مخروط CPT با قطرهای متفاوت جهت تخمین مقاومت برشی زهکشی نشده لایه رس استفاده شد. نتایج نشان داد که می توان از رس اصلاح شده با سیمان برای مدل سازی خاک با مقاومت های متفاوت استفاده کرد، با این حال بایستی به تغییرات ضرایب ظرفیت باربری در دو حالت با و بدون سیمان دقت کرد. همچنین نتایج نفوذ مخروط های CPT نشان داد که در مدل سازی فیزیکی، می توان با دقت مناسب از مخروط های با قطر کوچکتر به جای مخروط های با قطر متداول بهره گرفت.

گردابه های اطراف زیردریایی نویز هیدرودینامیکی زیردریایی را افزایش می دهند و باعث غیر-یکنواختی جریان پروانه می شوند. یک روش مناسب برای کاهش اثرات جریان گردابه ای، استفاده از مولدهای ورتکس است. مولدهای ورتکس دارای چیدمان های مختلفی از جمله چرخش هم راستا و چرخش غیرهم راستا می باشند. در تحقیق حاضر به کمک شبیه سازی عددی با نرم افزار اپن فوم، میدان جریان در اطراف یک مدل زیرسطحی استاندارد با استفاده از چیدمان های مختلف مولدهای ورتکس در زوایای حمله 300≤ α ≤ 00 بررسی شده است. استفاده از شبیه سازی عددی در مطالعه حاضر به بررسی فیزیک اثر چیدمان های مولدهای ورتکس روی ساختار گردابه های تشکیل شده در اطراف زیردریایی کمک نمود. در این مطالعه، نتایج حاصل نشان می دهند که استفاده از مولدهای ورتکس با چیدمان چرخش غیرهم راستا باعث کاهش قدرت گردابه، خط جدایش، اندازه ابعاد گرادبه های عرضی و نیروی پسا می شود. مقدار کاهش پسا برای مدل با مولد ورتکس غیرهم راستا در زاویه حمله 30 درجه حدود 14 درصد و در زاویه جانبی 30 درجه حدود 21 درصد می باشد.

مدیریت انرژی کشتی ها برای ارتقای کارایی کشتی ها و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، از مهمترین مسائلی می باشند که در سال های اخیر به عنوان نقطه عطفی در طراحی و ساخت شناورها مورد توجه قرار گرفته است. بررسی روند انرژی و توجه به تغییرات فناوری و اهمیت ضوابط سختگیرانه تر مسائل زیست محیطی در سال های اخیر منجر به یک چالش بزرگ در رابطه با آلودگی هوا، مدیریت انرژی و همچنین مواجهه با منابع رو به اتمام سوخت های فسیلی شده است. سیستم های پیشرانش هیبریدی امروزه یکی از راهکارهایی است که برای حل این معضل دنبال می شود. در این مقاله پس از معرفی سیستم شناور هیبریدی، مدل سازی و تعیین سیستم هیبریدی مناسب برای یک شناور سطحی، مورد بررسی قرار گرفته است. سپس محاسبات و روابط حاکم بر سیستم هیبرید موازی شناور سطحی ارائه گردیده و مدل سازی آن برای دو شناور عادی و هیبریدی با استفاده از نرم افزار ADVISOR در پلتفرم سیمولینک متلب انجام شده است. نتایج نشان می دهد که شناور سطحی هیبرید موازی سبب بهبود 7% در بازدهی کلی و 1/7%در مقدار مصرف سوحت شده است. همچنین مقادیر آلاینده های HC و CO به ترتیب به میزان 44/0% و 39/0% کاهش پیدا کرده است.

ارتعاشات سازه های شناور تحت نیروهای محیطی با نصب ورق های هیو در انتهای پایینی ستون های آنها می تواند کاهش یابد. فرکانس و نزدیکی به مرزها پارامترهای مهمی هستند که تاثیر آنها روی ضرایب هیدرودینامیکی ورق ها در این تحقیق به صورت تجربی بررسی می شود. از طرفی تمامی ورق های هیو که تا کنون استفاده شده اند، کاملا صلب می باشند و بر اساس تحقیقات منتشر شده میرایی و جرم افزوده به طور همزمان با افزایش دامنه، بزرگ می شوند. پیش بینی می شود که استفاده از یک بخش صلب در مرکز و الاستیک در لبه بیرونی دیسک، امکان کارایی بهتر میرایی را در مقایسه با جرم افزوده داشته باشد که این خصوصیات دینامیکی موجب پاسخگویی بهتر سازه در شرایط خاص بارگذاری خواهد شد. آزمایش های انجام شده تحت تحریک اجباری هارمونیک در فرکانس ها و عمق های مختلف در مطالعه کنونی نشان می دهد که افزایش فرکانس موجب کاهش ضرایب هیدرودینامیکی در نزدیک سطح و افزایش ضرایب مربوطه در مجاورت بستر کف می شود. از طرفی، فرکانس تاثیر قابل توجهی روی ضرایب هیدرودینامیکی دیسک ترکیبی با سهم الاستیک بزرگتر خواهد داشت. میزان این تاثیر بستگی به نوع مد برانگیخته شده لبه ورق الاستیک دارد.

از آنجایی که هزینه نگهداری و تعمیر توربین های بادی شناور نسبت به توربین های معمولی بالا می باشد، یکی از راههای کاهش این هزینه ها بررسی عیوب در این سازه ها قبل از هر نوع کار عملی می باشد. اهمیت پایداری و سلامت سازه ای توربین های بادی با افزایش عمق آب مهم تر می گردد و یکی از مهمترین عوامل برای پایداری توربین بادی شناور، سیستم کابل های مهاری می باشد. در این پژوهش تاثیر قطع شدگی خطوط مهاری بر پاسخ دینامیکی توربین با پایه TLP مورد بررسی قرار می گیرد. بدین منظور توربین بادی شناور با معادلات غیرخطی به صورت دقیق مدل سازی می گردد به طوری که این مدل سازی برای زوایای انحراف بزرگ سازه که ممکن است به دلیل قطع شدگی خطوط مهاری ایجاد شود، جواب گو باشد. پس از مدل سازی کامل توربین و اعمال نیروها، با قطع کردن کابل های مهاری مختلف، تغییرات پاسخ دینامیکی سازه مورد بررسی قرار می گیرد. با تحلیل نتایج مشخص می گردد که بر خلاف سایر پلتفرم ها، قطع شدن خطوط مهاری در توربین با پایه TLP، منجر به جابجایی و نوسانات شدید سازه نمی گردد.

الگوی موج ایجاد شده ناشی از حرکت ربات خودکار زیرآبی نزدیک سطح آزاد سیال، یکی از فاکتورهای مهم در شناسایی شناور به شمار می آید. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار Flow 3D در ابتدا پس از شبیه سازی حرکت جریان با سرعت ثابت در اطراف کشتی Wigley، با مقایسه ی نتایج شبیه سازی عددی با نتایج شبیه سازی آزمایشگاهی موجود، صحت نتایج نرم افزار در تخمین الگوی موج ایجاد شده ناشی از وجود مانع صلب در مسیر جریان، مورد بررسی قرار گرفته است. سپس الگوی موج ایجاد شده در سطح آزاد جریان در اثر حرکت متحرک Suboff 5470 نزدیک سطح آزاد با سرعت های مختلف به همراه نیروهای لیفت و درگ وارد بر بدنه ی آن مورد بررسی قرار گرفتند. از موارد نوآوری تحقیق حاضر نسبت به تحقیق های قبلی صورت گرفته در زمینه ی بررسی الگوی موج ایجاد شده ناشی از حرکت ربات خودکار آبی نزدیک سطح آزاد آب می توان به حرکت جسم متحرک درون آب به جای حرکت جریان با سرعت ثابت اطراف ربات خودکار ثابت اشاره کرد. نتایج نشان می دهند، در صورت ثابت بودن عمق حرکت متحرک، با افزایش سرعت حرکت متحرک از 3/1 به 5/6 متر بر ثانیه، نیروی درگ 17/57 درصد و نیروی لیفت 97/48 درصد افزایش می یابند. همچنین الگوی موج ایجاد شده ناشی از حرکت ربات خودکار زیرآبی نزدیک سطح آزاد آب به صورت الگوی موج کلوین با امواج واگرا و عرضی می باشد.

موج شکن های سکویی دسته ای از موج شکن های شکل پذیر هستند که بر اثر برخورد امواج، نیمرخ سمت دریای آنها دچار تغییر شکل شده و نهایتا شکل پایداری به خود می گیرند. یکی از مهم ترین معیارهای کنترل پایداری این موج شکن ها، عرض فرسایش یافته سکوی سازه است. در اغلب مطالعات، عرض فرسایش یافته تحت اثر یک موج طرح مشخص و بر مبنای فرض عدم تغییر شکل اولیه موج شکن حاصل می گردد. حال اینکه در شرایط واقعی ممکن است موج شکن پیش از اعمال موج طرح، موج هایی با دوره بازگشت های کمتر را نیز تجربه کرده باشد که در میزان تغییر شکل نهایی آن موثر باشد. از اینرو تحقیق حاضر با استفاده از مدل های آزمایشگاهی دو بعدی در فلوم موج آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه تربیت مدرس با هدف بررسی تاثیر شرایط امواج بر میزان فرسایش نیمرخ تغییر شکل یافته سازه انجام شده و نتایج آن با آزمایش های مبتنی بر فرض عدم تغییر شکل نیمرخ اولیه مقایسه شده است. در مجموع 30 آزمایش در این تحقیق انجام شده است که امواج برخوردی به سازه از نوع امواج نامنظم و طیف انرژی استفاده شده، طیف JONSWAP با γ برابر 3/3 بوده است. همچنین در تحقیق حاضر از قطر اسمی سنگدانه آرمور 2 سانتی متر و ضریب دانه بندی 6/1 استفاده شده است. از نتایج مهم این دسته از آزمایش ها می توان به این امر اشاره نمود که در شرایط محیطی و سازه ای آزمایش های تحقیق حاضر، در موج شکن های سکویی پایدار استاتیکی و پایدار دینامیکی، هر چه ترکیب ارتفاع و پریود موج بزرگتر باشد، تاثیر امواج برخوردی قبلی در ایجاد تغییر شکل روی مقطع تغییر شکل یافته کمتر می شود.

در این تحقیق به منظور بازتولید انتشار لکه های نفتی منتشر شده از میادین نفتی ترکمنستان در دریای خزر بر اساس شواهد میدانی گزارش شده، از مدل های عددی FVCOM و GNOME استفاده گردید. به این منظور، ابتدا جریانات ناشی از باد در فصول تابستان و پاییز سال 2012 شبیه سازی شدند. نتایج شبیه سازی های انجام شده با داده های اندازه گیری جریان سطحی در سه ایستگاه آستارا، رودسر و امیرآباد مقایسه گشتند. مقایسه ی داده های اندازه گیری و خروجی مدل جریان نشان داد، در صورت به کار بستن مدول بستار تلاطم در مدل جریان، نتایج به واقعیت نزدیک تر هستند. در ادامه به منظور تعیین مقصد لکه های نفتی منتشر شده از میادین نفتی ترکمنستان، خروجی مدل جریان به همراه سری زمانی باد 6 ساعته در نرم افزار GNOME اعمال شدند. محل ریزش نفت، چاه های نفتی ترکمنستان واقع در کرانه شرقی حوضه جنوبی دریای خزر و در مقابل شبه جزیره چله کن در نظر گرفته شد. نوع ریزش به صورت لحظه ای و حجم ریزش در محل هر چاه به مقدار 100 بشکه فرض شد و شبیه سازی ها با زمان های ریزش متفاوت انجام شدند و محل برخورد لکه های نفتی با سواحل به دست آمد. مقایسه ی نتایج شبیه سازی و موقعیت محل جمع آوری تاربال های نفتی در ماه آگوست سال 2012، نشان دهنده ی صحت قابل قبول نتایج شبیه سازی است و می توان گفت، رسیدن آلودگی های نفتی منتشر شده از میادین نفتی ترکمنستان به سواحل ایران در فصل تابستان امکان پذیر است.

گسترش استفاده از منابع تجدیدپذیر و وابستگی توان تولیدی آنها به شرایط آب و هوایی سبب غیرقابل دیسپاچ شدن آنها می گردد و از این رو، نیازمند ذخیره سازهایی مناسب در سیستم های انرژی می باشد. سیستم انرژی شناورها دارای حامل های متعدد انرژی همچون الکتریسیته، گرمایش، سرمایش و. . . می باشد و اغلب این حامل های انرژی مجزا از یکدیگر بهره برداری می شوند. از این رو، مقاله ی حاضر، مدلی یکپارچه مبتنی بر مفهوم هاب انرژی جهت طراحی و بهره برداری بهینه از سیستم های انرژی شناوری شامل بارهای الکتریکی، بارهای گرمایشی و سرمایشی می باشد و توسط منابع تجدیدپذیر بادی و خورشیدی، پیل سوختی، الکترولایزر، تانک ذخیره هیدروژنی و باتری تامین می شود. مدل ارائه شده توسط نرم افزار GAMS صحه گذاری می شود.

بررسی عکس العمل موج شکن ها در برابر امواح حدی، امری مهم در مهندسی و طراحی سازه های دریایی است. در تحقیق حاضر، عملکرد موج شکن کیسونی در اندرکنش با امواج مطالعه شده است. در این راستا، روشی موثر و نو برای اعمال اصطکاک استاتیکی و دینامیکی در مرز لغزشی کیسون معرفی شده و با اعمال آن در روش هیدرودینامیک ذرات هموار و اصلاح شرایط مرزی، رفتار دینامیکی موج شکن کیسونی شبیه سازی شده است. تطابق نتایج مدل ارائه شده با مقادیر آزمایشگاهی و مدل عددی مرتبط، نشان دهنده توانمندی این مدل در شبیه سازی مناسب نیروی وارد بر کیسون و جابه جایی افقی آن است. همچنین، در این تحقیق مقایسه ای بین سه شرط مرز صلب مورد استفاده در روش عددی هیدرودینامیک ذرات هموار انجام گرفته که این مقایسات نشان می دهد شرط مرز صلب دینامیکی علاوه بر کاهش زمان محاسباتی، توانایی خوبی در شبیه سازی مسائل اندرکنش جسم صلب و سیال را دارد.