Wave Energy Devices

파동 에너지 장치 모델링
최근 몇 년 동안 파력 에너지와 같은 재생 가능 자원을 사용하여 환경 영향이 적은 에너지를 생산하는 신기술 개발에 대한 국제적인 관심이 기하 급수적으로 증가했습니다. 바다 (해류, 파도 등)에서 전기를 유도하는 파동 에너지 장치는 특히 중요하며 FLOW-3D로 정확하게 모델링 할 수 있습니다.

포인트 흡수 장치
점 흡수 장치는 수면의 파도를 사용하여 에너지를 생성하는 많은 파도 장치 중 하나입니다. 포인트 흡수 에너지 장치는 기본적으로 파도에서 에너지를 흡수하고 바닥에 대한 부력 상단의 움직임을 전력으로 변환하는 부동 구조입니다.

이 시뮬레이션은 부력 구형 구조가 위에 있는 포인트 흡수기 장치를 보여주고, 들어오는 파동의 파고와 수조에 따라 위아래로 움직입니다. FLOW-3D의 이동 객체 모델은 x 또는 y 방향으로 이동을 제한하면서 z 방향으로 커플링 모션을 허용하는 데 사용됩니다. 스톡스 유형의 파장은 진폭 5m, 파장은 100m로 사용되었습니다. RNG 모델은 파동이 포인트 업소버 장치와 상호작용할 때 발생하는 난류를 포착하기 위해 사용되었습니다. 예상대로, 많은 난류 운동 에너지가 장치 근처에서 생성됩니다. 그림은 난류로 인해 장치 근처의 복잡한 속도장이 진화하기 때문에 질량 중심의 불규칙한 순환 운동을 보여줍니다.

Multi-Flap, Bottom-Hinged Wave Energy Converter

Oscillating flap은 바다의 파동으로부터 에너지를 추출하여 기계 에너지로 변환합니다. 암은 Water wave에 반응하여 피벗 조인트에 장착된 진자로 진동합니다. 플랩을 배열로 구성하여 멀티플랩파 에너지 변환기를 만들 수 있습니다. 3개의 플랩 배열이 아래 왼쪽에 표시된 CFD 시뮬레이션에서 시뮬레이션됩니다. 모든 플랩은 하단에 힌지로 연결되며 폭 15m x 높이 10m x 두께 2m입니다. 어레이는 깊이 30m에서 주파수가 10초인 4m 진폭 파형으로 작동 중입니다. 시뮬레이션은 한 플랩이 배열 내의 다른 플랩에 미치는 영향을 연구하는 데 중요한 중심 평면을 따라 복잡한 속도 ISO 표면을 보여줍니다. 3개의 플랩이 유사한 동적 모션으로 시작하는 동안, 곧 플랩의 상호 작용 효과가 모션을 위상 밖으로 렌더링합니다. 우측에는 유사한 플랩 에너지 변환기가 표시되어 있습니다. 이 시뮬레이션에서 플랩은 가장 낮은 지점에서 완전히 물에 잠깁니다. 이러한 에너지 변환기를 표면 천공 플랩 에너지 변환기라고 합니다. 이 두 시뮬레이션 예는 모두 미네르바 다이내믹스에 의해 제공되었습니다.

Oscillating Water Column

진동하는 물 기둥은 부분적으로 잠긴 속이 빈 구조입니다. 그것은 물의 기둥 위에 공기 기둥을 둘러싸고 수선 아래의 바다로 열려 있습니다. 파도는 물 기둥을 상승 및 하강시키고, 차례로 공기 기둥을 압축 및 감압합니다. 이 갇힌 공기는 일반적으로 기류의 방향에 관계없이 회전 할 수있는 터빈을 통해 대기로 흐르게됩니다. 터빈의 회전은 전기를 생성하는 데 사용됩니다.

위의 CFD 시뮬레이션은 진동하는 water columns를 보여줍니다. FLOW-3D로 포착된 물리학을 강조하기 위해 물기둥이 중공 구조에서 상승 및 하강하는 부분만 모델링합니다. 시뮬레이션은 파형 생성의 다른 선택을 제외하고 유사한 결과를 전달합니다. 왼쪽의 시뮬레이션은 웨이브 유형 경계 조건을 사용하고 오른쪽의 시뮬레이션은 움직이는 물체 모델을 사용하여 실험실에서 수행한 것처럼 차례로 웨이브를 생성하는 움직이는 플런저를 생성합니다. 각 시뮬레이션에 대해 속이 빈 구조의 압력 플롯이 표시됩니다. 결국 그 압력에 기초하여 터빈이 회전 운동으로 설정되기 때문에 챔버에서 얼마나 많은 압력이 생성되는지 아는 것이 중요합니다.

[FLOW-3D 물리모델] Wave-absorbing Layer (Sponge Layer) at Outflow Boundary / 유출 경계에서의 파 흡수 층(스펀지 층)

Wave-absorbing Layer (Sponge Layer) at Outflow Boundary
유출 경계에서의 파 흡수 층(스펀지 층)

주기적 진행파가 유출경계에 도달할 때, 원하지 않는 반사파가 경계조건에서 다소 발생할 수 있다. 결과적으로 관심지역내의 파형은 불규칙하게 되고 계산 영역 내 유체 체적은 상당한 보존문제를 겪을지도 모른다. 파 흡수 층 또는 스펀지 층은 파동을 흡수하기 위해 유출경계 앞에 설치되는 특수지역이며 이는 경계로부터의 반사파를 감소시킨다. Theory 매뉴얼 부분 중 Wave-absorbing Layer (Sponge Layer) at Outflow Boundary에서 기술된 바와 같이 흡수는 파동을 소산시키는 인위적인 선형 감쇠력에 의해 이루어진다. 유출경계조건(방사 경계조건)이 동시에 경계에서 사용되면 가장 효과적으로 작동한다.

파 흡수 층은 파 흡수 요소라고 불리는 특수 형상요소에 의해 정의된다. 이는 완전히 유체유동에 열려있으나 파동을 감쇠시킨다. 이 면적과 체적율은 1이다. 이 요소는 유출경계 또는 외부로까지 확장되어야 한다. 유연성을 위해 요소는 STL과 기초요소형태를 사용하는 다중 부 요소로 정의될 수 있고 형상은 임의이다. 그러나 대부분 응용에서 단지 단순한 직교 블럭이 이용된다. 하류 방향에서의 층 두께는 한 파장길이로만 권해진다. 요소 형태는 아래 보여진 바와 같이 Component #트리에서 Sponge layer 로 선택되어야 한다.

파 흡수 변수를 정의하기 위해 흡수 층 시작 면의 한 점과 파동의 하류방향(유출경계를 향한)이 지정되어야 한다.  시작 면은 사용자가 지정한 점을 지나고 유출경계에 평행한 수직면이며 마지막 면은 유출 경계이다. 파 감쇠는 단지 두 면 사이간 흡수요소가 위치한 지역 내에서만 발생한다. Component Properties 창을 찾기 위해 Model Setup Mesh & Geometry 로 이동한다. Wave Absorbing Properties 를 클릭하고 component #를 선택한다. 편집상자에서 Starting Point (시작면 상의 점)를 위해 x, y 및 z 좌표 및 하류방향 벡터를 입력한다.

사용자는 파 흡수 층의 시작과 마지막 면에서의 감쇠 계수 값을 정의해야 한다. 흡수 층 내에서 감쇠 값은 선형 보간에 의해 코드 내에서 평가된다. 감쇠계수의 하류방향으로 선형 증가는 더 효과적으로 파 반사를 감소시킨다. 아래 보여진 편집상자에서 시작과 끝 면에서의 감쇠계수를 입력한다. 이들의 기본값은 각각 0.0과 1.0 (단위 1/초) 이다.

파 흡수 층은 배경 흐름을 감쇠하기 위한 것이 아니다. 파 흡수 층 내의 유동속도가 알려져 있으면 Background Stream Velocity 밑에서 x, y 그리고 z 요소를 입력하고 Calculated 를 선택 취소한다. 기본값으로 이들은 0이다. 흐름이 존재하고 속도가 흡수 층에서 알려져 있지 않을 때만 코드가 흐름속도를 계산하기 위해 Calculated 를 체크한다.

제품 소개 요청

FLOW-3D 소개 요청

    회사/기관명* :
    제목* :
    성명* :
    이메일 주소* :
    연락 전화번호* :
    내용 :

    산업 분야별 해석 사례

    FLOW-3D 를 이용한 각각의 산업분야 적용 가능성을 살펴보십시오.
    경험이 풍부한 당사 FLOW-3D  Engineer가 귀하의 궁금하신 사항에 대해 언제든지 답변해 드립니다.

    주조분야
    • Gravity Pour 중력 주조
    • High Pressure Die Casting 고압 다이캐스팅
    • Tilt Casting 경동 주조
    • Centrifugal Casting 원심 주조
    • Investment Casting 정밀 주조
    • Vacuum Casting 진공 주조
    • Continuous Casting 연속 주조
    • Lost Foam Casting 소실 모형 주조
    • Fill and Defects Tracking 용탕 주입 및 결함 추적
    • Solidification and Shrinkage 응고 및 수축 해석
    • Thermal Stress Evolution and Deformation 열응력 및 변형 해석
    물 및 환경 응용 분야
    • Wastewater Treatment and Recovery 폐수 처리 및 복구
    • Pump Stations 펌프장
    • Dams, Weirs, Spillways 댐, 위어, 여수로
    • River Hydraulics 강 유역
    • Inundation & Flooding 침수 및 범람
    • Open Channel Flow 개수로 흐름
    • Sediment and Scour 퇴적 및 세굴(쇄굴)
    • Plumes, Hydraulic Zones of Influence 기둥, 수리 영향 구역
    • Coastal and Critical Infrastructure Wave Run-Up 연안 및 핵심 인프라 웨이브 런업

    에너지 분야
    • Fuel/cargo sloshing in oceangoing containers 해양 컨테이너 용 연료 /화물 슬로싱
    • Offshore platform wave effects 근해 플랫폼 파 영향
    • Separation devices undergoing 6 DOF motion 6 자유도 운동을하는 분리 장치
    • Wave energy converters 파동 에너지 변환기
    미세유체
    • Continuous-Flow 연속 흐름
    • Droplet, Digital 물방울, 디지털
    • Molecular Biology 분자 생물학
    • Opto-Microfluidics 광 마이크로 유체
    • Cell Behavior 세포 행동
    • Fuel Cells 연료 전지들
    용접 제조
    • Laser Welding 레이저 용접
    • Laser Metal Deposition 레이저 금속 증착
    • Additive Manufacturing 첨가제 제조
    • Multi-Layer Build 다중 레이어 빌드
    • Polymer 3D Printing 폴리머 3D 프린팅
    코팅 분야
    • Curtain Coating 커튼 코팅
    • Dip Coating 딥 코팅
    • Gravure Printing 그라비아 코팅
    • Roll Coating 롤 코팅
    • Slide Coating 슬라이드 코팅
    • Slot Coating 슬롯 코팅
    • Contact Insights 접촉면 분석
    연안 / 해양분야
    • Breakwater Structures 방파제 구조물
    • Offshore Structures 항만 연안 구조물
    • Ship Hydrodynamics 선박 유체 역학
    • Sloshing & Slamming 슬로싱 & 슬래 밍
    • Tsunamis 쓰나미 해석
    생명공학 분야
    • Active Mixing 액티브 믹싱
    • Chemical Reactions 화학 반응
    • Dissolution 용해
    • Drug Delivery 약물 전달
    • Drug Particles 마약 입자
    • Microdispensers 마이크로 디스펜서
    • Passive Mixing 패시브 믹싱
    • Piezo Driven Pumps 피에조 구동 펌프
    자동차 분야
    • Fuel Tanks 연료 탱크
    • Early Fuel Shut-Off 초기 연료 차단
    • Gear Interaction 기어 상호 작용
    • Filters 필터
    • Degas Bottles 병의 가스제거
    우주 항공 분야
    • Sloshing Dynamics 슬로싱 동역학
    • Electric Charge Distribution 전기 충전 배분
    • PMDs PMD