מקור: The Role of Fluid Mechanics in Tidal Energy

כוח התאבדות רותם את העלייה הצפויה ונפילתן של גאות האוקיינוסים כדי לייצר חשמל, המציע מקור אנרגיה מתחדש עם אמינות גבוהה בהשוואה לרוח או לשמש, עם זאת, תכנון מערכות אנרגיה רזות הן בטוחות והן מבחינה כלכלית קיימא דורש הבנה עמוקה של מכניקת נוזלים - המחקר של כמה נוזלים (ליטואידים וגזים) פועלים תחת כוחות שונים ותנאי גבול.

המונחים: Massid Mechanics Concepts in Tidal Power

כמה עקרונות ליבה של מכניקת נוזל חלים ישירות על מערכות אנרגיה מחוספסות.הבנת מושגים אלה היא הצעד הראשון לתכנון מתקנים חזקים ופרודוקטיביים.

זרימה של אנרגיה ולכידת אנרגיה

האנרגיה הקינטית בזרם טיטד (FLT:0E ⁇ v3FLT:1) זה אומר שאפילו עלייה קטנה במהירות הנוכחית מובילה לרווחים משמעותיים בתפוקה פוטנציאלית של כוח.מהנדסים משתמשים מדידות שדה ומודלים מספריים כדי לזהות מיקומים עם מהירויות גבוהות - בדרך כלל מעל 2 מ"מ / טורבינות - עבור פריסה 3, 000 לדרגה, כגון: ספקטרום ישיר של צינורות, או יעילות, כגון:

שינויים בלחץ וכוח הנהיגה Turbine

טורבינות Tidal לפעול על ידי המרת אנרגיית הלחץ של המים נעים לאנרגיה מכנית רוטאלית.הבדל הלחץ על פני טורבינה רוטר קובע את הכוח דחף ו- torque. משוואה של ברנולי (ראה FLT:0 + 1⁄2 ⁇ v2 + ⁇ gh = קבוע FLT:1), קישורים, מהירות וגובה לאורך זרם, עיצוב של דקירות או ירידה מהירה יותר, ובכך ניתן להאיץ את הלחץ סטטית, ובכך לגרור לחץ מאוחר יותר, ובכך לגרור לחץ, ובכך לגרור לחץ על פני שטף מאוחר יותר, לחץ, לחץ, לחץ, לחץ, שטף מאוחר יותר, לחץ, ובכך לגרורתי לאחור, לחץ על פני שטף, לחץ על פני שטף, ובכך להגדיל את המרחץ למטה, ובכך להגדיל את הפחתת לחץ, ובכך להאיץ את הפחתת לחץ על פני שטף, ובכך להאיץ את המרחץ למטה, ובכך להגביר את הפחתת לחץ על פני שטף, ובכך להגביר את המרחץ למטה, ובכך לחץ על פני שטף, ובכך לחץ, ובכך לחץ על פני שטף יותר, לחץ, ובכך לחץ, לחץ, לחץ על פני זרם גבוה יותר, ובכך להגביר את הטורף, ובכך להפחית את הטורף, לחץ, ובכך להאיץ את הטורף,

Flow Turbulence and Structural Loads

זרמי Tidal הם מטרידים מטבעם בשל גסות קרקעית הים, אינטראקציות גל, ושכבות Shear. Turbulence יוצר עומסים מחלחלים על להבים טורבינות ומבנים תמיכה, המוביל לעייפות וכישלון פוטנציאלי.The FLT:0Reynolds Number FLT:1 (הדגשה על אלגוריתמים) כולל את משטר זרימת הדם; מהירויות גבוהות של התנגשויות (R) בדרך כלל על ידי אלגוריתמים גדולים (Ricretratens) חומרים אלגוריתמים של אטומים).

תופעות לוואי חמורות ואינטראקציה קרקעית הים

מצב ללא-Slip יוצר מהירות ⁇ ליד קרקעית הים, ויצר שכבת גבול. Turbines רכוב על קרקעית הים או על מונופילס ניסיון מהירויות נמוכות יותר בחלק התחתון של עמודת המים.זה משפיע על ייצור האנרגיה וגם משפיע על scour - שחיקה של יסודות סימנט סביב.הבנת שכבת הגבול (לעיתים קרובות משוער על ידי חוק 1/7 כוח עבור זרם גס לחלוטין) מסייע אופטימיזציה של עומק הרחם (מרכז חישובי).

בטיחות באמצעות Fluid Mechanics

בטיחות במערכות כוח הטיוח כוללת שלמות מבנית, מניעת קוויטציה, שליטה פיסול, והימנעות מאירועי טעינה קיצוניים כגון סופות או צונאמיים. מכניקת פלויד מספקת את הכלים לנתח סיכונים אלה באופן כמותי.

מניעת שקיפות

קוויטציה מתרחשת כאשר הלחץ המקומי טיפות מתחת ללחץ החוסן של מים, יצירת בועות ריקות שמקריסה באלימות על להבים טורבינות, גרימת פיזור, רעש, והפסד יעילות. טורבינות Tidal נוטים לקסיטציה בטיפים להב ובצד הבעיטה, במיוחד במהירויות סיבוביות גבוהות.

  • הגדלת פני השטח להב למהירויות מקומיות נמוכות יותר.
  • באמצעות קצוות פורצי דרך בוטה ופרופילי הידרופויל עם התאוששות בלחץ מאוחרת.
  • הפעל את הטורבינה ביחס למהירויות מהירות נמוכה יותר בזרימת מאיצה.

סימולציות CFD עם מודלים רב-phase יכול לדמיין אזורי קהיטציה לפני בדיקות פיזיות, כפי שהודגם במחקרים על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת (NREL) .

סקר וקרן יציבות

(הופנה מהדף מונופיל או קרנות טורבינות מבוססות כוח הכבידה מונעות על ידי סוסי פיוריטים ומקריות כי לגייס זרע.הלחץ הרהר הקריטי לתחבורה של השמדה תלוי בגודל דגנים ומהירות זרימה.מהנדסים משתמשים בפרמטרים של FLT:0Shields FLT:1 כדי להעריך את תחילתה של תחזיות עומק סקרור יכול להתבצע באמצעות HEC-18 או נוסחאות קיפרציה מקומית, כמו משוואות נגד נוסחאות.

עומס קיצוני ואנליזה שומנית

טורבינות Tidal חייבות לשרוד אירועים קיצוניים כגון גאות האביב, גלי סערה, וטעינה קרח.שימוש בשילוב של נתונים שדה ו- CFD, מהנדסים יכולים למקם את הרגעים המרביים והבכיפוף על המבנה.ניתוח ספציפי של תנודות טורחות סוערות (למשל, שימוש בספקטרום ה- Charnock או Kaimal המותאם לסביבה הימית) מספק עומסים עבור מערכות אנרגיה נוקשות-Fal-Fable-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-of-the-of-of-of-of-of-of-of-Cy-Cy-Cy-Fal-Fal-Fal-Fine) על ידי , על ידי , על ידי , על ידי מקיפים של חומר מרכזי של חומר נפץ סביבתי (מתקני בקרת אנרגיה (מתקני אנרגיה) ו-Flasticial, באמצעות מקיפים של חומר מרכזי של מערכות בקרה (מחדשנימתקני בקרת אנרגיה) ו-Flasticial-Flasticial, באמצעות ספקטרום של חומר נפץ-Flasticial (מתקני בקרת אנרגיה (מתקני אנרגיה) ו-Flasticial-Ftencialtencialtenci

שיפור היעילות עם Fluid Mechanics

שיפורים יעילות בכוח tidal לתרגם ישירות עלות מופחתת של אנרגיה. אופטימיזציה מכניקת פלויד משתרע עיצוב טורבינות בודדים, תצורה מערך, ואסטרטגיות שליטה צמחיות.

עיצוב Blade ו- Hydrofoil Optimization

צורת הלהבות של טורבינות היא עקרונות של הנדסה aeronautical המותאם למים.שימוש ב- 3.10.0.000 (התיאוריה של חלקיקים) LEDs (FLT:1 בשילוב עם CFD, מעצבים אופטימיזציה אורך כלול, התפלגות טוויסט, ו- hydrofoil חלק כדי למקסם את יחס המעלית-to-dragide על פני טווח ההפעלה.

טיובן Placement ו-Array Layout

במערך טורבינות, אינטראקציות מתעוררות גורם לאובדן חשמל עבור מכשירים במורד הזרם.המבנה מאחורי טורבינות tidal כולל גירעון מהירות, זעזוע מוגבר, וניתוק בשל זרימה של חוסר יכולת.שימוש ב-CD (במיוחד מודלים של דיסקטור) ומודלים בקנה מידה אגן, מהנדסים יכולים למקם טורבינות כדי למזער את ההתערבות תוך כדי למקסם את החילוץ האופטימלי של כוח בחבל הוא בדרך כלל 3-5 מטרים, אם כימות, אם כי הוא צורך לזרימה סטנדרטית של מומנטום של 25% לאחור על ידי זרם אווירי של תאי עצבות של 25%, אם כיפורמיית של 25%, אם כי הם בדרך כלל ממטר למהירויות של 10 ממטר למהירויות של 2.

אפשרויות לPitch and Active Control

זרמי Tidal משתנים בגודל ובכיוון על מחזור הטידל (flood vs. ebb) טורבינות קבועות-pitch חייבים לקבל זוויות תת-אופטימיות של התקפה במהלך חלק מהמחזור. Variable-pitch מאפשרות להבים כדי להתאים את זווית ההתקפה שלהם כדי לשמור על יעילות כוח אופטימלית (Cp) על פני טווח של מהירויות זרימה Active המגרש מאפשר גם מגבלות על פני תנאים מהירים, למנוע שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב- HIV (Cpbit) באמצעות בקרת חשמל רגיל (Cp) באמצעות רזולוציה של 5.

ערוצים ודוכסים

על ידי הצבת דוקטר או שחצץ סביב טורבינות, אזור לכידת יעיל גדל, ואת הזרם ניתן להאיץ דרך מטוס רוטטור. העיקרון של ברנולי מסביר את הירידה בלחץ שמניעה זרימה נוספת.Ded או diffuser-augated טורבינות tiugmented יכול להשיג ניגודי חשמל רוטטים מעל גבול Betz (0.5 כי diffuser ביעילות מגביר את האזור, עם זאת, להוסיף את המורכבות של גלימות מסיבית הדם משמעותי, כדי לתקן את האלקטרומגנטית, כדי לזהות את המורכבות של אנרגיה רבה יותר, על ידי הגדלת ה-ה.

Fluid Dynamics in Tidal Power Design

CFD הפך כלי חיוני לפיתוח אנרגיה של אנרגיה tidal, המאפשר בדיקות וירטואליות המפחיתות את הצורך במודלים פיזיים יקרים. גישות CFD מודרניות החלות בתחום זה כוללים:

  • (הופנה מהדף רנ"א): ⁇ (התמורה) (התחילה של נאוייר-Stokes) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (Unsteady RANS)IRLT:1: לכידת מערבולת ופורצת לא יציבה; נפוצה במחקרים ברמת להב.
  • (ב) ⁇ :0) ,Large Eddy Simulation (les) ,(R) ,(ה) ,(ה) ,(ה) ,(ה) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) הפעלת דיסק / Actuator Lineirph:1; מודלים טורבינות כמו כיור מומנטום, אידיאלי עבור סימולציות בקנה מידה רב עם CFD (למשל, OpenFOAM, FLOW-3D).

(הופנה מהדף CD) נגד נתוני שדה מאתרים כמו מרכז המחקר של חיל הנחתים האירופי (EMEC) ,FLT:1 ב Orkney או במרכז המחקר של האוקיינוס המוזר לאנרגיה (FOR) ,3 , נובה סקוטיה הוא קריטי לבניית אמון בתכנון.

שיקולים סביבתיים ואינטראקציה של פלויד-סטרו

מערכות כוח התאבדות פועלות בסביבה רגישה מבחינה אקולוגית.מכניקת פלויד עוזרת להעריך ולצמצם את ההשפעות הסביבתיות:

  • (FLT:0)Fish and Marine mammal התנגשות סיכון אמבראל 1 (FLT: מודלים של הסתברות לתקיפה בלהב מבוססים על נתיבי זרימה והתנהגות חיה; מהירות הלהב ושליטה האצה יכולים להפחית את הסיכון.
  • (FLT:0) העברת תחבורה ושינוי בית גידול: אלטר משטר זרימה יכול להשפיע על דפוסי הפחתת המשקעים, המשפיעים על בתי גידול benthic.מודלים נומריים של תחבורה סינדימנט (למשל, Delft3D בשילוב עם ייצוגים טורבינות) לחזות אזורי שחיקה ואצת.
  • דור רעשים אקוסומטיים 1RE: טיובן קוויטציה ורטט מכני מייצרים רעש תת-קרקעי.

הבנה של אינטראקציות אלה באמצעות מכניקת נוזל מאפשרת למפתחים ליישם אסטרטגיות ניטור וניהול הסתגלות המספקות דרישות רגולטוריות תוך צמצום הפרעות המערכת האקולוגית.

כיוונים עתידיים בטכנולוגיית כוח התאבדות

מחקר מתמשך במכניקת נוזל ממשיך לדחוף את הגבולות של בטיחות כוח ביישומי ויעילות. כיוונים מתעוררים בלתי אפשריים כוללים:

  • (FLT:0) אדפטי וממורפטיבי bladesveFLT:1; ברדס שמשנה צורה בתגובה לזרימה של תנאים באמצעות חומרים חכמים, אופטימיזציה של ביצועים לאורך מחזור הטיה.
  • (FLT:0) תאומים וזרם בזמן אמת ניטור של ההרחבה: אינטגרציה של דגמי CFD עם נתוני חיישן בזמן אמת (ADCPs, לחץ חיישנים, טורבינות) כדי לחזות עייפות ולהתאים את הפעולה באופן מיידי.
  • (FLT:0) Machine Learning for Wake OptimizationFLT:1: רשתות נילי שהוכשרו על נתוני CFD להציע לך אופטימלי והגדרות סט עבור מערךים, צמצום עלויות חישוביות.
  • (FLT:0) עיצובים בהשראת עור כרישים, גמישות קלפ) כדי להפחית את האורגניזמים הימיים (למשל, גסות עור כריש, גמישות קלפ) כדי להפחית את הגרור ולשפר את היעילות.
  • (FLT:0) ממורמרים וטורף זרבינות זרימה (FLT) 1:1: אדריכלות טורבינות אלטרנטיבית (למשל, טורבינות כבדות גורלוב, טורבינות אנכיות-אקסי) שעשויות להציג סיכון קליטה נמוך יותר ותחזוקה פשוטה יותר.

השילוב של מושגים מכניקת נוזל מתקדמות אלה לפרויקטים של כוח מחוספס מסחרי ידרוש שיתוף פעולה מתמשך בין האקדמיה, התעשייה וסוכנויות ממשלתיות.כפי שהדחף העולמי לאנרגיה מתחדשת מאיץ, כוח מלוטש – תחת פיקוח מכניקת נוזלים קפדנית – הוא הפוטנציאל להפוך לתורמים משמעותיים ואמינה לתערובת האנרגיה הנקיה.

מסקנה

החלת עקרונות מכניקת נוזל אינה מותרות אופציונלית עבור עיצוב מערכת כוח tidal; זה דרישה בסיסית להשגת בטיחות וכדאיות כלכלית.מבין עומסים סוערים ומניעת קוויטציה לקידוד הידרודינמיקה להב הפריסה של הלהב, כל היבט של התקנת אנרגיה נקייה על ידי התנהגות נוזלית.