基于势流与计算流体动力学模型的具有三自由度 submerged 圆柱形点吸收器波-结构相互作用动力学比较
流体动力学
2020-10-28 v4 计算物理
摘要
本文比较了使用势流与全分辨率计算流体动力学（CFD）模型模拟的 submerged 圆柱形点吸收器的垂荡、纵荡与纵摇动力学。势流模型基于时域 Cummins 方程，而 CFD 模型采用虚构域 Brinkman 惩罚（FD/BP）技术。该 submerged 圆柱体通过功率输出（PTO）单元系泊于海床，该单元约束转换器的垂荡、纵荡与纵摇运动，并从全部三种模式吸收能量。结果表明，势理论过高预测了垂荡与纵荡运动幅值，而对于全 submerged 轴对称转换器则给出可忽略的纵摇。势理论还低估了浮标的慢漂，而 CFD 模型能够可靠捕捉该慢漂。进一步，我们利用全分辨率 CFD 模拟研究了三自由度（DOF）圆柱形浮标在不同 PTO 系数、浮标质量密度与入射波高下的性能。结果表明，线性势理论预测的 PTO 系数对于中高陡度波浪是次优的。当选取高于预测值的 PTO 阻尼时，波吸收效率显著提升。不同浮标质量密度的模拟显示，低质量密度的转换器其 PTO 与系泊缆张力增大。此外，质量密度也影响装置的共振周期范围。最后，不同波高的模拟表明，在较高波高下转换器的波吸收效率下降，且大部分可用波能未被吸收。
引用
@article{arxiv.1908.04981,
title = {Comparison of wave-structure interaction dynamics of a submerged cylindrical point absorber with three degrees of freedom using potential flow and computational fluid dynamics models},
author = {Panagiotis Dafnakis and Amneet Pal Singh Bhalla and Sergej Antonello Sirigu and Mauro Bonfanti and Giovanni Bracco and Giuliana Mattiazzo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1908.04981},
year = {2020}
}
备注
Final published version