| dc.description.abstract | Markedet for fornybar energi øker i takt med teknologiutvikling og interesse for å utvikle
vindenergimarkedet til havområder. Utfra denne motivasjonen er det av interesse å undersøke
en bunnfestet vindturbin i grunt vann og utforske relevansen av tre-dimensjonalitet
og kort-kammede bølger. Undersøkelser og litteratur-studie av nåværende forsking blir
gjennomført for å undersøke hva som er gjort i forbindelse med høyere ordens krefter
på slike strukturer. Basert på funnene av disse studiene gjøres en utgreiing om et relevant
geografisk sted som er et aktuelt sted å plassere vindturbinen. Valget faller på en
lokasjon i Nordsjøen og miljøfaktorene på stedet blir dermed utforsket og inkludert i en
CFD studie. Disse studiene er gjort ved bruk av programvaren OpenFOAM. En høyere
ordens bølgeteori blir brukt for å simulere bølgene på stedet. Cnoidal bølger er valgt for å
representere disse på en god måte. Disse blir implementert inn i CFD oppsettet ved hjelp
av ekstrapakken waves2FOAM. En mesh blir først opprettet i 2D for å gjennomføre en
konvergens-studie. Resultatene blir deretter sammenlignet med tidligere studier, og det
kommer her frem at oppsettet gir samsvarende resultater med hva som er funnet tidligere.
Modellen er dermed validert. Også bølgene valideres; dette ved å simulere 2D bølger i
et tomt basseng og deretter sammenligne bølgeprofil med analytiske bølger regnet ut ved
hjelp av bølgeteorien. Også her samsvarte resultatene godt og det konkluderes med at
waves2FOAM er et bra verktøy som kan brukes videre.
Med mål om å studere 3D strømning og effekter blir det gjennomført komplette 3D
simuleringer av vindturbin-fundamentet under harde værforhold. Flere 2D studier av
sylinderen ved forskjellige bølgehevinger blir også gjennomført. Ved å integrere 2D resultatene
ved hjelp av «stripe-teori», finner man et estimert 3D resultat for kreftene som
virker på sylinderen. Disse integrerte resultatene kan dermed brukes for sammenligning
med 3D resultatene. Sammenligningen viser at de viskøse (drag) kreftene fra 3D simuleringen
omtrent er fire ganger høyere enn de integrerte kreftene. Løft kreftene fra de
integrerte resultatene viser større variasjoner i tidsseriene og har dermed høyere topper.
2D simuleringene viser uregelmessigheter i forhold til trykket som kan være grunnen til
avvikene i resultatene. Strømningsbildet rundt sylinderen viser at trykk-oppførselen i disse
simuleringene trenger å bli undersøkt grundigere. Strømningsbildet i 3D simuleringene er
som forventet og viser bølge oppløp rett bak sylinderen. Dette er et fenomen som sees ved
bratte og lange bølger i grunt vann.
Effekten av viskositet er undersøkt ved gjennomføring av en 3D-simulering med de
samme bølgeparameterne som tidligere, men med omtrent null viskositet i væsken. Resultatene
viser en minking i de viskøse kraft komponentene som er mindre enn 3%. Turbulent
simuleringene gir en klarere stabil tilstand i 2D og en minking i krefter på rundt
50%. Dette kan også ha blitt påvirket av trykk-grensebetingelsene og løsnings-koden som
er brukt. Turbulent simuleringen i 3D gir avvikende bølgeprofiler i forhold til de andre
3D-simuleringene. Dette var ikke forventet og resulterer i lavere krefter som virker på
sylinderen og ingen separasjon. | |
