Προκαταρκτικός σχεδιασμός μηχανής εκμετάλευσης κυματικής ενέργειας.

Κατσιδονιωτάκη, Ειρήνη; Katsidoniotaki, Eirini

dc.contributor.author	Κατσιδονιωτάκη, Ειρήνη	el
dc.contributor.author	Katsidoniotaki, Eirini	en
dc.date.accessioned	2016-09-30T07:58:57Z
dc.date.available	2016-09-30T07:58:57Z
dc.date.issued	2016-09-30
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43696
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.5723
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Παραγωγή και Διαχείρηση Ενέργειας”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κυματική ενέργειας	el
dc.subject	Στρόβιλος Wells	el
dc.subject	OWC συσκευή	el
dc.subject	Διάκενο Wells	el
dc.subject	Αξονικός στρόβιλος κυματικής ένεργειας	el
dc.subject	Wells turbine	en
dc.subject	Wave energy	en
dc.subject	Hub to tip ratio	en
dc.subject	Tip clearance	en
dc.subject	Solidity	en
dc.title	Προκαταρκτικός σχεδιασμός μηχανής εκμετάλευσης κυματικής ενέργειας.	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-07-06
heal.abstract	Η ενέργεια που προέρχεται από τον θαλάσσιο κυματισμό (κυματική ενέργεια) μπορεί να έχει αξιοσημείωτη συνεισφορά στην συνολική παραγωγή ενέργειας από Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) σε διεθνές επίπεδο. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνολογίες εκμετάλλευσης κυματικού δυναμικού μία εξ' αυτών είναι η Ταλαντευόμενη Στήλη Ύδατος - Oscillating Water Column (OWC). Στη συσκευή αυτή η μετατροπή κυματικής ενέργειας σε ηλεκτρική γίνεται συνήθως μέσω της μηχανής Wells. Στη παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται ο προκαταρκτικός σχεδιασμός στης στροβιλομηχανής Wells για ένα δεδομένο σημείο λειτουργίας (παροχή και πίεση αέρα). Αφού ολοκληρωθεί ο σχεδιασμός ακολουθεί η υπολογιστική επίλυση της ροής του αέρα που διέρχεται από τη μηχανή με τη βοήθεια του εμπορικού πακέτου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής Ansys Fluent. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μία σύντομη ιστορική αναδρομή και παρουσίαση των τεχνολογιών εκμετάλλευσης κυματικής ενέργειας με έμφαση στις OWC συσκευές και στις μηχανές Wells. Επίσης παρατίθενται παραδείγματα από πραγματικά έργα εκμετάλλευσης κυματικής ενέργειας που έχουν υλοποιηθεί. Στη συνέχεια, στο Κεφάλαιο 2 συγκεντρώνονται συνοπτικά τα μεγέθη που περιγράφουν το κύμα, η μαθηματική θεωρία περιγραφής του κύματος (θεωρία Airy) καθώς και ο υπολογισμός της διαθέσιμης ενέργειας που μπορεί να αποδώσει. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται το μαθηματικό υπόβαθρο που περιγράφει τη ροή των ρευστών. Γίνεται αναφορά στις εξισώσεις Navier- Stokes και στις αριθμητικές μεθόδους επίλυσής τους. Επίσης γίνεται αναφορά στην διακριτοποίηση του χωρίου (meshing) και στη σπουδαιότητα του σωστού πλέγματος στα αποτελέσματα της υπολογιστικής επίλυσης. Στο Κεφάλαιο 4 αναλύεται εκτενέστερα η λειτουργία των OWC συσκευών καθώς και των μηχανών Wells. Περιγράφεται η αρχή λειτουργίας ενώ παράλληλα διατυπώνονται οι εξισώσεις που χαρακτηρίζουν τη λειτουργία τους καθώς και οι παράγοντες που την επηρεάζουν. Στο Κεφάλαιο 5 αναπτύσσεται η μεθοδολογία σχεδιασμού της μηχανής Wells για συγκεκριμένη εφαρμογή με βάση δεδομένα που διέθεσε η σχολή Ναυπηγών Μηχανικών του ΕΜΠ. Αρχικά σχεδιάστηκαν κάποιες γεωμετρίες οι οποίες δεν πληρούσαν τις απαιτήσεις σχεδιασμού. Μετά από αναθεώρηση της μεθοδολογίας σχεδίασης ήταν δυνατή η εύρεση της κατάλληλης γεωμετρίας μηχανής Wells ώστε να λειτουργεί στο σημείο σχεδιασμού που ορίζεται. Παράλληλα μελέτη της επίδρασης των γεωμετρικών παραμέτρων στην απόδοση της μηχανής. Συγκεκριμένα μελετάται η επίδραση της γεωμετρικής παραμέτρου solidity και hub to tip ratio (Κεφάλαιο 6). Λαμβάνονται αρκετές περιπτώσεις όπου σε καθεμιά οι τιμές των παραμέτρων αυτών μεταβάλλονται. Από τα διαγράμματα λειτουργίας της κάθε γεωμετρίας καθώς και από την ανάλυση του πεδίου ροής ήταν δυνατό να κατανοηθεί η συμπεριφορά της μηχανής σε διάφορες συνθήκες όταν αλλάζει η γεωμετρία. Τέλος, η παράμετρος Tip clearance ή αλλιώς το διάκενο μεταξύ του ακροπτερυγίου και του κελύφους, αποτελεί σημαντική σχεδιαστική παράμετρο. Στο Κεφάλαιο 7 αναλύεται εκτενώς η επίδρασή του. Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής επίλυσης, εκτός της δυνατότητας που παρέχεται να απεικονίζονται σε μορφή διαγραμμάτων, υπάρχει η δυνατότητα της οπτικοποίησης των αποτελεσμάτων. Οι εικόνες κατανομής μεγεθών (ταχύτητας, πίεσης) ή η δυνατότητα απεικόνισης των ροϊκών γραμμών αποτελούν χρήσιμο εργαλείο για την κατανόηση της λειτουργίας της μηχανής Wells. Συμπερασματικά, οι OWC συσκευές και οι μηχανές Wells μπορούν να συνεισφέρουν στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ΑΠΕ με ικανοποιητικό βαθμός απόδοσης αλλά και η αποδιδόμενης ισχύος. Για την επίτευξη του βέλτιστου αποτελέσματος η συγκεκριμένη μηχανή λειτουργεί μαζί με άλλες συσκευές παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας όπως είναι τα υπεράκτια αιολικά πάρκα.	el
heal.abstract	Wave energy has significant contribution to the international total energy production from renewable energy resources (RES). One of the most intensively studied principles of harnessing the energy from ocean waves is the Oscillating Water Column device (OWC). The OWC converts the motion of the water waves into a bi-directional airflow, which in turn drives an air turbine. The bi-directional axial Wells turbine as a candidate for oscillating water column power take - off systems was the object of this diploma theses. This theses deals with the preliminary design of Wells turbine for a given plant site (air pressure and flow rate). Detailed CFD analysis of the steady flow in a Wells turbines is conducted using the commercial software Ansys Fluent. Chapter 1 consists of introductory information about wave energy emphasizing at OWC devices and Wells turbines. The history of wave energy is presented and the converters categorized according to how they operate. In chapter 2 the theoretical background for wave analysis is described: The wave parameters for the modulation, mathematical approach to describe the wave motion (Airy Theory) and evaluation of available wave energy. In Chapter 3, mathematical theory of computational fluid dynamics, Navier-Stokes equations and numerical methods used for the solution are referred as the base tools of solution. Furthermore in this chapter the discretization of the computational domain and the role of a good quality mesh in order to achieve good results are explained. Chapter 4 particularly analyses basic principles of OWC devices and Wells turbines. and presents the effect of geometrical parameters in the performance of these turbines. In chapter 5 the preliminary design of turbine is conducted based on real data measured by the department of Naval engineering of NTUA. The significance of various design parameters is investigated in Chapter 6, with special interest on solidity and hub to tip ratio. Finally, a great part of the analysis is related to the effect of tip clearance on the efficiency of Wells turbine (Ch. 7). Within the framework of the present diploma, interesting results are concluded. For the better comprehension of the results, diagrams contours and stream lines are included. In conclusion. Wells turbines contribute to electrical energy production with an environmental friendly manner. The efficiency and the output power achieve sufficient rates but in order to achieve the best results, it is recommended a hybrid offshore system which combines wind and wave power for electricity generation.	en
heal.advisorName	Παπαντώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	156 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true