Boru Tipi Yüzer Dalgakıran - Dalga Enerjisi Dönüştürücü Çok Amaçlı Sistem Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, boru tipi bir yüzer dalgakıran sistemi ile melezlenecek olan aşma tipi bir dalga enerjisi dönüştürücünün tasarımı ve bu amaçla kullanılacak fiziksel büyüklüklerin incelenmesi ele alınmıştır. Fiziksel modelleme teknikleri kullanılarak gerçekleştirilen çalışmanın ilk aşamasında dairesel silindir üzerinden dalga aşması incelenmiş, aşma debilerinin tahmini için ampirik bağıntılar geliştirilmiştir. Aşan su kütlesinin taşıdığı enerji, potansiyel ve kinetik bileşenleri cinsinden ifade edilerek dalga başına aşan su kütlesinin enerji bütçesi hesaplanmış ve zamansal ortalamasından yararlanılarak sistemin aldığı güç değerleri hesaplanmıştır. Sistemin hidrolik verimi, alınan gücün dalga gücüne oranı olarak hesaplanmış ve hidrolik verimin çeşitli parametrelerle değişimi incelenmiş; hidrolik verimin hacimsel boyutsuz debinin üstel bir fonksiyonu yardımı ile ifade edilebildiği ortaya konulmuştur. Üç paralel dairesel silindirden oluşturulan yüzer dalgakıran modelinin farklı özellikteki dalgalar altında dalga geçişine etkisi incelenmiş; silindir ara mesafelerinin artışına paralel olarak dalga geçişinde de artış olduğu ortaya konmuştur. Ampirik dalga geçiş bağıntıları türetilmiştir. Melez sistemin dizaynı için dalga aşması ve yüzer dalgakıran performans verileri ortak incelemeye tabi tutulmuş ve özellikle küçük bağıl genişlik değerlerinde ve dik dalgalarda sistemin her iki amacını da yerine getirdiği görülmüştür. Elde edilen sonuçların, dalgakıranın performansını daha da iyileştirecek bir bağlama sistemi ve hidrokinetik esaslı bir türbin düzeneği yardımı ile, mikro ölçekli dalga enerjisi dönüştürücü tasarımına yönelik bir ilk adım oluşturduğu düşünülmektedir.

In this study, the design of a hybrid system consisting of a floating pipe breakwater and an overtopping type wave energy converter and the inspection of the physical quantities needed for its design purpose have been researched. As the first step of the study, wave overtopping over a circular cylinder has been inspected by conducting physical model tests and empirical equations for the prediction of overtopping rates are evaluated. The energy of the overtopping volume has been expressed as its kinetic and potential components and the energy budget for an overtopping volume has been calculated. The time-averaged power contained in the overtopping volume has been evaluated. The hydraulic efficiency of the system has been defined as the ratio of the time-averaged captured power to the incident wave power. The variation of hydraulic efficiency with governing parameters has been studied, and it has been found out that hydraulic efficiency can be expressed as an exponential function of the volumetric dimensionless discharge. A floating breakwater model, composed of three parallel horizontal circular pipes, has been tested and optimized by means of lateral pipe spacing. Test results indicate that increasing the gap width between the pipes leads to an increase in wave transmission. Empirical formulae for the prediction of wave overtopping have been evaluated. For the design of the hybrid system, efficiency of both the circular overtopping ramp and the floating breakwater have been assessed together. Results indicate that the hybrid system can perform well for large relative width values and steep waves. By using the results achieved, the design of such a hybrid with a refined mooring system to minimize structural motions and a hydrokinetic power take-off unit is expected to trigger a fundamental step in the design of micro-scale wave energy converters.