Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Wave energy from wind-generated waves in the ocean or sea is absorbed by wave energy converters (WECs). In this research, floating point absorber (FPA) WECs are studied which are floating devices on the water surface. FPA WECs installed in the ocean or sea respond to the incoming waves and start moving in six degrees of freedom. The WECs extract energy from the waves by using a power take-off (PTO) system which converts the WEC's motion into electricity. In order to absorb a considerable amount of wave energy at a location in a cost-effective way, a number of WECs are arranged in an array layout using a particular geometrical configuration. If the individual WECs are installed close to each other, they will interact with each other, affecting the overall electricity production of the array (near-field effects). Firstly, the presence of a WEC unit disturbs the incoming wave field by both wave reflection and wave diffraction. Secondly, the WEC's motion leads to the generation of waves, called radiated waves. The wave field around a WEC is thus perturbed by a combination of incoming, reflected, diffracted and radiated waves. This results in zones with higher or lower wave heights compared to the incident wave field. The case where one WEC is positioned in the wake region of another WEC where lower wave heights are observed must be avoided. By positioning the individual WECs in the zones with higher wave heights, the total energy extraction of the WEC array is significantly improved, increasing the electricity production. In addition to these near-field effects, a WEC array also influences the wave climate further away (far-field effects). The wave height reduction behind an entire WEC array affects other users in the sea, the environment or even the coastline.In this research, only the near-field effects are considered. The WECs are tested in a three-dimensional (3D) non-linear viscous numerical wave tank (NWT). The NWT is implemented in the computational fluid dynamics (CFD) toolbox OpenFOAM and consists of two fluid phases: water with air on top. The 3D incompressible Navier-Stokes equations, which represent the physics with a very high accuracy, are solved on a mesh in a computational domain. The interface between water and air is resolved by a conservation equation formulated by the volume of fluid (VoF) method. Compared to traditional linear potential flow solvers based on a boundary element method (BEM), CFD is necessary to resolve complex physical processes. Examples are survivability simulations of WECs subjected to breaking waves and WECs operating in resonance mode by applying control methods resulting in significant non-linear and viscous effects combined with large WEC motions. The present research focusses on filling two knowledge gaps for a NWT. The first one is related to enhanced turbulence modelling for NWTs using a two-phase fluid solver and therefore applicable for a wide range of coastal and offshore processes such as wave-structure interaction, wave-current interaction, wave breaking, sediment transport, etc. The second gap is related to fluid-structure interaction simulations of a floating body. Instabilities between the fluid solver and the motion solver might happen due to added mass effects. During this research, enhanced prediction tools for turbulence modelling and efficient fluid-structure interaction simulations in a NWT have been developed. All these developed methods are coupled and validated by using experimental data obtained in a physical wave flume or basin.

Academic collection --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Eolisch sedimenttransport is een onderwerp waar de ingenieurswereld zich al een tijd lang over buigt. Eolisch sedimenttransport kan veel negatieve gevolgen met zich meebrengen voor bijvoorbeeld de ecologie, het milieu of het toerisme aan de kust. Met behulp van Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties kunnen windprofielen en het sedimenttransport dat het met zich meebrengt, voorspeld worden. Op die manier kunnen in de toekomst doelgerichte oplossingen bedacht worden om aan kustbescherming te doen of gebouwen en constructies te beschermen. Verschillende modellen bestaan al om de processen die turbulente wind met zich meebrengt, te simuleren. Deze studie probeert bij te dragen tot het begrijpen van deze processen. Deze studie bevat eerst een literatuurstudie, dan worden bepaalde eigenschappen van snappyHexMesh (onderdeel van de gebruikte software, OpenFoam) kort besproken en deze studie onderzoekt daarna het windprofiel voor twee reeds uitgewerkte voorbeelden uit de literatuur. De bekomen resultaten van de voorbeelden uit de 2D Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties worden gevalideerd met de oorspronkelijke resultaten van de 2D simulaties uit de originele studie. Daarnaast wordt ook het windveld en het potentiële zandtransport door de wind onderzocht van een vlakke berm met klif in Mariakerke (Belgische kust), hierbij is er sprake van 3D Computational Fluid Dynamics (CFD) simulaties. Voor alle simulaties in deze studie wordt de solver simpleFoam gebruikt, behalve bij voorbeeld 1 wordt pimpleFoam gebruikt. Bij voorbeeld 1 is de duin driehoekig van vorm en symmetrisch. In dit voorbeeld valt de wind in onder 4 verschillende hoeken ten opzichte van de normaal van de duin, namelijk 0 graden, 22,5 graden, 45 graden en 67,5 graden. De resultaten van de simulaties worden vergeleken met deze uit de oorspronkelijke paper door de afschuifsnelheid van de wind van beide simulaties te visualiseren in een grafiek. De duin besproken bij voorbeeld 2 heeft een de windwaartse zijde heeft een helling van 10 graden en de lijzijde heeft een helling van 30 graden. Hier gaat het enkel over wind die loodrecht op de duin invalt. Als turbulentiemodel wordt eens gewerkt met een k-ω SST model en eens met k-ε model. Zoals verwacht kwamen de resultaten van het k-ω SST het best overeen omdat ook dit turbulentiemodel gebruikt werd in de originele studie. Enkele parameters zoals ruwheidslengte (z0), windsnelheid (U), turbulentie-intensiteit (I) en turbulentielengte (L) worden ook in voorbeeld 2 aangepast om zo de invloed van deze parameters te kunnen bekijken op het bekomen windveld. Alle resultaten worden uitgezet in grafieken om zo het effect ervan optimaal te kunnen weergeven. Bij de klif wordt het windveld gesimuleerd van 2 events die zijn gebaseerd op meetgegevens aan de Belgische kust, meer bepaald Mariakerke. De gemiddelde windsnelheid en windrichting van op het moment van de metingen voor event 1 en 2 zijn respectievelijk 12,75 m/s onder een hoek van 11 graden ten opzichte van de normaal van de dijk en 6,64 m/s onder een hoek van 60 graden ten opzichte van de normaal van de dijk. Als bijkomende gevallen, wordt de windsnelheid en de windrichting in de numerieke simulaties ook nog enkele keren aangepast om zo het effect op de schuifspanning, afschuifsnelheid en het zandtransport vast te kunnen stellen. Ook hier wordt opnieuw aan de hand van grafieken aangetoond welke invloed het zandtransport heeft op het topografisch verloop van de klif.