Movimiento de elevación por libre decaimiento de una boya esférica
Autores: Colling, Jacob K.; Jafari Kang, Saeed; Dehdashti, Esmaeil; Husain, Salman; Masoud, Hassan; Parker, Gordon G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Movimiento de elevación por libre decaimiento de una boya esférica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Experimentos
Simulaciones
Oscilaciones
Boya
Borrador
Movimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Examinamos el movimiento de elevación de una boya esférica durante una prueba de caída libre. Se adoptó un enfoque integral para estudiar las oscilaciones de la boya, que involucró mediciones experimentales y simulaciones numéricas complementarias. Los experimentos se realizaron en un tanque de olas equipado con una serie de cámaras de captura de movimiento de alta velocidad y un conjunto de medidores de olas de alta precisión. Las simulaciones incluyeron tres conjuntos de cálculos con diferentes niveles de sofisticación. Específicamente, en un conjunto, se utilizó el método de volumen de fluido (VOF) para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes incomprensibles y bifásicas en una malla superpuesta, mientras que los cálculos en otros conjuntos se basaron en modelos de Cummins y de masa-resorte-amortiguador, que están fundamentados en la teoría del flujo potencial lineal. Se observaron excelentes concordancias entre los datos experimentales y los resultados de las simulaciones VOF. Aunque menos precisas, las predicciones de los dos modelos de orden reducido también resultaron ser bastante creíbles. En cuanto al movimiento de la boya, los resultados obtenidos indican que, después de ser liberada desde una altura aproximadamente igual a su calado en equilibrio estático (que es aproximadamente el 60% de su radio), la boya experimentó oscilaciones amortiguadas casi armónicas. El análisis realizado revela que la longitud del calado de la boya tiene un profundo efecto en la frecuencia y la tasa de atenuación de las oscilaciones. Por ejemplo, en comparación con una boya esférica del mismo tamaño que está medio sumergida en equilibrio (es decir, el calado es igual al radio), la boya probada osciló con un período que fue aproximadamente un 20% más corto, y su amplitud de oscilaciones decayó casi el doble de rápido por período. En general, el estudio presentado proporciona información adicional sobre la respuesta de movimiento de una esfera flotante que puede ser utilizada para el diseño óptimo de boyas para la extracción de energía.
Descripción
Examinamos el movimiento de elevación de una boya esférica durante una prueba de caída libre. Se adoptó un enfoque integral para estudiar las oscilaciones de la boya, que involucró mediciones experimentales y simulaciones numéricas complementarias. Los experimentos se realizaron en un tanque de olas equipado con una serie de cámaras de captura de movimiento de alta velocidad y un conjunto de medidores de olas de alta precisión. Las simulaciones incluyeron tres conjuntos de cálculos con diferentes niveles de sofisticación. Específicamente, en un conjunto, se utilizó el método de volumen de fluido (VOF) para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes incomprensibles y bifásicas en una malla superpuesta, mientras que los cálculos en otros conjuntos se basaron en modelos de Cummins y de masa-resorte-amortiguador, que están fundamentados en la teoría del flujo potencial lineal. Se observaron excelentes concordancias entre los datos experimentales y los resultados de las simulaciones VOF. Aunque menos precisas, las predicciones de los dos modelos de orden reducido también resultaron ser bastante creíbles. En cuanto al movimiento de la boya, los resultados obtenidos indican que, después de ser liberada desde una altura aproximadamente igual a su calado en equilibrio estático (que es aproximadamente el 60% de su radio), la boya experimentó oscilaciones amortiguadas casi armónicas. El análisis realizado revela que la longitud del calado de la boya tiene un profundo efecto en la frecuencia y la tasa de atenuación de las oscilaciones. Por ejemplo, en comparación con una boya esférica del mismo tamaño que está medio sumergida en equilibrio (es decir, el calado es igual al radio), la boya probada osciló con un período que fue aproximadamente un 20% más corto, y su amplitud de oscilaciones decayó casi el doble de rápido por período. En general, el estudio presentado proporciona información adicional sobre la respuesta de movimiento de una esfera flotante que puede ser utilizada para el diseño óptimo de boyas para la extracción de energía.