Υπολογισμός φορτίσεων από τα κύματα σε θαλάσσιες κατασκευές έδρασης πλωτών ανεμογεννητριών με χρήση του τύπου του Morison

Abstract

Το θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της υδροδυναμικής συμπεριφοράς υπεράκτιων, πλωτών ανεμογεννητριών, βασισμένη σε υπολογιστικά αποτελέσματα για τις κατασκευές στήριξης τους. Για την λήψη των αποτελεσμάτων δημιουργήθηκε κατάλληλος κώδικας υπολογισμού που επιλύει αναλυτικά την γενικευμένη εξίσωση του Morison για οποιαδήποτε κλίση ενός κυλίνδρου τόσο για τα γραμμικά κύματα Airy, όσο και για τα κύματα κατά Stokes 5ης τάξης. Για αυτό τον λόγο οι κατασκευές στήριξης θεωρήθηκαν πως αποτελούνται από κυλινδρικά τμήματα. Ο κώδικας υπολογισμού έχει τη δυνατότητα υπολογισμού των δυνάμεων και των ροπών που ασκούνται σε ένα κύλινδρο, είτε σε συστοιχία πολλών κυλίνδρων (με μέγιστο αριθμό τους 121 κυλίνδρους), ανεξαρτήτως εάν αυτοί είναι πακτωμένοι ή πλωτοί. Ενώ επίσης, δίνει τη δυνατότητα οι υπολογισμοί να γίνουν για σταθερούς ή μεταβλητούς συντελεστές αδράνειας και αντίστασης, συναρτήσει της θερμοκρασίας και της κλίσης, ώστε τα αποτελέσματα να είναι πιο κοντά με τις πραγματικές δυνάμεις και ροπές που ασκούνται σε μια υπεράκτια ανεμογεννήτρια. Ως κλίση του κυλίνδρου έχει ορισθεί η γωνία που σχηματίζει ο άξονας του κυλίνδρου με την κατακόρυφο και με το επίπεδο xy. Στη συνέχεια εξετάστηκαν διάφορες πιθανές κατασκευές στήριξης ως προς τις δυνάμεις και τις ροπές που μπορούν να δεχθούν από δεδομένο κυματισμό (είτε αυτός είναι Airy, είτε Stokes 5ης τάξης, είτε σε πολλές περιπτώσεις και για τους δύο κυματισμούς). Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν μεταξύ τους ώστε να μπορεί να γίνει η επιλογή της κατάλληλης κατασκευής στήριξης μιας υπεράκτιας ανεμογεννήτριας.

The topic of the hereafter dissertation is the research of the behavioral patterns of offshore, floating wind-turbines, based on computational results for their foundation and support structures. For the reception of these results an appropriate calculating code was developed which analytically solves Morrison’s generalized equation for a slope of any angle of a cylinder, for both Airy linear waves and Stokes 5th order waves. Because of this, the support structures have been considered to be cylindrical parts. The calculating code gives the ability to calculate the forces and moments applied to a cylinder or even to a cluster of multiple cylinders (with a maximum number of 121 cylinders), whether those are mounted or floating. The code will also calculate results for consistent or variable inertia and drag coefficients interdependent to the temperature and angle in a way for the results to reflect, almost realistically, the actual forces and moments applied to an offshore wind-turbine. The angle, which has been designated as the slope of the cylinder, is formed by the axis of the cylinder and the vertical with the X-Y plane. In the end, several possible support structures have been examined concerning the forces and moments that can be withstood and which are applied by a given wave (whether those are Airy, Stokes 5th order or, as in many occasions, a combination of both wave types.) These results have been examined and compared in a way that will allow the selection of the appropriate support structure of an offshore wind-turbine.