مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اعتبار تئوری موج نو در تعیین پایداری توربین‌های بادی فراساحل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
امروزه از تئوری موج نو برای تخمین نیروی امواج بر سازه‌های دریایی از جمله پایه توربین‌های بادی فراساحل استفاده می‌شود. این در حالی است که به جز در موارد معدود، اعتبار این تئوری در تعیین نیروی امواج هنوز به طور کامل تایید نشده است. لذا بررسی اعتبار و دقت نتایج تئوری موج نو برای تعیین پارامترهای پایداری سازه‌های متنوع دریایی شامل برش پایه و لنگر واژگونی ضروری است. در این مقا‌له نتایج حاصل از تولید موج به روش تئوری موج نو در تعیین پروفیل سطح آب، سینماتیک موج و پاسخ‌های سازه‌ای شامل جابجایی حداکثر، برش پایه و لنگر واژگونی مونوپایل توربین بادی در مقایسه با داده‌های آزمایشگاهی و نتایج شبیه‌سازی حاصل از اعمال سری زمانی به روش تئوری تصادفی خطی مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می‌دهد که تئوری موج نو با کاهش قابل ملاحظه زمان محاسبات تحلیل سازه می‌تواند با دقت کافی جایگزینی مناسب برای شبیه‌سازی چند ساعته امواج تصادفی باشد. مقایسه نتایج با امواج منظم استوکس مرتبه ۵ همچنین نشان می‌دهد که نتایج تئوری موج نو بسیار قابل اعتمادتر نسبت به امواج منظم برای تعیین سینماتیک موج و بارگذاری دینامیکی موج بر پایه توربین‌های بادی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Validation of New Wave Theory in Determining Stability of Offshore Wind Turbines

نویسندگان English

M. Shakarami 1
A. Shanehsazzadeh 1
N. Shabakhty 2
1 Civil Engineering Department, Civil Engineering & Transportation Faculty, University of Isfahan, Isfahan, Iran
2 Civil Engineering Department, Civil Engineering Faculty, Iran University of Science & Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The New Wave theory has recently applied for predicting wave forces on marine structures including offshore wind turbines. However, the validation of the theory in determining wave force has not been fully confirmed. However, the validation of the results for predicting stability parameters of marine structures is necessary. In the present article the prediction of the New wave theory of water surface profile, wave kinematics and offshore wind turbine monopile pier responses to the wave, including base shear, overturning moment and maximum displacement are compared to the experimental data and results from linear irregular wave time series generated from the wave spectrum. The comparisons show that the results are promising and in an acceptable level of accuracy for design purposes. Since the New wave theory takes very short time of processing in compare to real irregular time series, the theory is considered as the reliable substitute for prediction of wave forces on offshore wind turbines. The comparison with the results of the conventional 5th Stokes regular waves shows that the new wave theory is significantly more accurate in predicting wave kinematics and wave loads on offshore wind turbine monopiles.

کلیدواژه‌ها English

New Wave Theory
Irregular Waves
Wave Force
Offshore wind turbine
ANSYS Software
Rozario JB, Tromans PS, Taylor PH, Efthymiou M. Comparison of loads predicted using "NewWave" and other wave models with measurements on the tern structure. In: Society for Underwater Technology. Wave kinematics and environmental forces. Dordrecht: Springer; 1993. [Link] [DOI:10.1007/978-94-017-3663-3_8]
Tromans PS, Anaturk AR, Hagemeijer P. A new model for the kinematics of large ocean waves-application as a design wave-application as a design wave. The 1st International Offshore and Polar Engineering Conference, 1991 August 11-16, Edinburgh, United Kingdom. Mountain View: International Society of Offshore and Polar Engineers; 1991. [Link]
Adhikari S, Bhattacharya S. Dynamic analysis of wind turbine towers on flexible foundations. Shock and Vibration. 2012;19(1):37-56. [Link] [DOI:10.1155/2012/408493]
O'Neill L, Fakas E, Cassidy M. A methodology to simulate floating offshore operations using a design wave theory. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 2006;128(4):304-313. [Link] [DOI:10.1115/1.2166654]
Arena F, Fedele F. Nonlinear space-time evolution of wave groups with a high crest. Journal of Offshore Mechanics and Arctic Engineering. 2005;127(1):46-51. [Link] [DOI:10.1115/1.1854705]
Najafian G. Application of system identification techniques in efficient modelling of offshore structural response. Part I: Model development. Applied Ocean Research. 2007;29(1-2):1-16. [Link] [DOI:10.1016/j.apor.2007.08.002]
Pierson Jr WJ, Moskowitz L. A proposed spectral form for fully developed wind seas based on the similarity theory of S. A. Kitaigorodskii. Journal of Geophysical Research. 1964;69(24):5181-5190. [Link] [DOI:10.1029/JZ069i024p05181]
Alves JH, Banner ML, Young IR. Revisiting the Pierson-Moskowitz asymptotic limits for fully developed wind waves. Journal of Physical Oceanography. 2003;33(7):1301-1323.
https://doi.org/10.1175/1520-0485(2003)0332.0.CO;2 [Link] [DOI:10.1175/1520-0485(2003)0332.0.CO;2]
Madsen PA, Fuhrman DR. Third-order theory for multi-directional irregular waves. Journal of Fluid Mechanics. 2012;698:304-334. [Link] [DOI:10.1017/jfm.2012.87]
Creamer DB, Henyey F, Schult R, Wright J. Improved linear representation of ocean surface waves. 1989;205:135-161. [Link] [DOI:10.1017/S0022112089001977]
Dastan Diznab MA, Mohajernassab S, Seif MS, Tabeshpour MR, Mehdigholi H. Assessment of offshore structures under extreme wave conditions by modified endurance wave analysis. Marine Structures. 2014;39:50-69. [Link] [DOI:10.1016/j.marstruc.2014.06.003]
Cassidy MJ, Eatock Taylor R, Houlsby GT. Analysis of jack-up units using a constrained NewWave methodology. Applied Ocean Research. 2001;23(4):221-234. [Link] [DOI:10.1016/S0141-1187(01)00005-0]
Det Norske Veritas. Environmental conditions and environmental loads. Oslo: Det Norske Veritas; 2010. [Link]
ITTC Seakeeping Committee. Report of the seakeeping committee. The 17th International Towing Tank Conference, 1984 September 8-15, Goteborg, Sweden. Publisher city?: Publisher?; 1984. pp. 457-534. [Link]
Mohajernassab S, MA Dastan Diznab, Tabeshpour MR, Mehdigholi H, Seif MS. Application of New-wave theory in the Endurance Wave method to assess offshore structures under the Persian Gulf wave conditions. Journal of Marine Engineering. 2014;9(18):71-82. [Persian] [Link]
Kudeih M, Cornett A, Nistor I. An experimental study of wave and current-induced forces on a compact linear array of vertical cylinders in shallow water. 32nd Conference on Coastal Engineering 2010. 30 June-5 July 2010, Shanghai, China. Red Hook: Curran Associates, Inc.; 2013. pp. 614-624. [Link]
Chakrabarti S. Handbook of offshore engineering (2-volume set). Amsterdam: Elsevier; 2005. pp. 914-916. [Link]
Dallyn P, El-Hamalawi A, Palmeri A, Knight R. Experimental testing of grouted connections for offshore substructures: A critical review. Structures. 2015;3:90-108. [Link] [DOI:10.1016/j.istruc.2015.03.005]
Chen T, Wang X, Yuan G, Liu J. Fatigue bending test on grouted connections for monopile offshore wind turbines. Marine Structures. 2018;60:52-71. [Link] [DOI:10.1016/j.marstruc.2018.03.005]
Stockard DM. Effects of pile-soil-water interaction on the dynamic response of a seismically excited dynamic response. 8th Annual Offshore Technology Conference, 1976 May 3-6, Houston, Texas. Houston: Offshore Technology Conference; 1976. [Link] [DOI:10.4043/2672-MS]
Golafshani AA, Gholizad A. Friction damper for vibration control in offshore steel jacket platforms. Journal of Constructional Steel Research. 2009;65(1):180-187. [Link] [DOI:10.1016/j.jcsr.2008.07.008]
ANSYS. Mechanical apdl 15 manual. Version 15 [Software]. 2015 [Unknown cited]. Available from: Not Found [Link]
Fenton JD. A fifth- order stokes theory for steady waves. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. 1985;111(2): 216-234. [Link] [DOI:10.1061/(ASCE)0733-950X(1985)111:2(216)]
Skjelbreia L, Hendrickson J. Fifth order gravity wave theory. The 7th Conference on Coastal Engineering, 1960, The Hague, Netherlands. Unknown city: Unknown Publisher; 1960. pp. 184-196. [Link]