Плавающая фотоэлектрическая система с кольцевым поплавком

Аккумулятор Challenger G12-200H

Китайские учёные исследовали гидродинамические характеристики новой модульной плавучей фотоэлектрической системы. Они использовали новый гибридный подход, который объединяет эффекты вязкого течения из вычислительной гидродинамики с методом решения на основе потенциального потока. Они проанализировали новую систему с различным количеством панелей, расположенных в одну цепочку или в параллельной конфигурации.

Конфигурации модулей

Исследовательская группа из Даляньского технологического университета в Китае изучила гидродинамические характеристики новой модульной плавучей фотоэлектрической (FPV) системы, состоящей из соединённых между собой плавучих блоков с шарнирными соединениями.

Для проведения исследования команда разработала новый гибридный подход, который позволяет интегрировать эффекты вязкого течения из вычислительной гидродинамики (CFD) в систему решения потенциальных потоков для более точного прогнозирования реакции на движение.

«В отличие от обычных плавучих барж, предлагаемый в этом исследовании фотоэлектрический модуль имеет открытую центральную часть, что обеспечивает кольцевую геометрию, — заявили авторы. — В целом, плавучие модули с открытым отсеком обладают значительными преимуществами по сравнению с обычными модулями коробчатого типа для плавучих фотоэлектрических систем, работающих в океане, особенно в суровых морских условиях. Их полуоткрытая конструкция улучшает гидродинамические характеристики, позволяя воде проходить через модуль, снижая силу воздействия волн за счёт турбулентности и вихревых потоков, а также гася резонансные колебания, которые дестабилизируют фотоэлектрические панели».

Для оценки гидродинамического поведения этой системы был использован гибридный численный подход. Сначала исследователи использовали CFD, метод, который учитывает полный расход воды и воздуха. Он был использован для измерения коэффициента демпфирования, который представляет степень, в которой движение уменьшается из-за воздействия вязкости. Затем эти коэффициенты демпфирования переносятся в метод граничных элементов (BEM), который является эффективным решателем потенциального потока. Как сообщается, используя оба метода, новый метод дает решатель, который является одновременно эффективным и реалистичным.

«Сравнительная проверка с помощью моделирования методом вычислительной гидродинамики и имеющихся экспериментальных данных подтвердила способность модели достоверно прогнозировать кинематические характеристики как одиночных, так и шарнирно-сочленённых многоблочных плавучих систем в условиях регулярных волн», — заявили учёные. «После этой проверки был проведён ряд анализов чувствительности для изучения влияния двух ключевых параметров: количества шарнирно-сочленённых плавучих модулей и их геометрического расположения».

В ходе моделирования было проанализировано расположение от одного до шести модулей FPV в однорядной или параллельной конфигурации, когда два канала расположены рядом друг с другом. Для каждой конфигурации моделирование проводилось на 12 регулярных волновых частотах. Это было сделано для того, чтобы оценить гидродинамическое поведение в различных условиях. Согласно выводам команды, реакция шарнирных поплавков на движение практически одинакова в разных конфигурациях, а наиболее значительные различия наблюдаются вблизи собственных частот каждой степени свободы.

«Увеличение количества взаимосвязанных поплавков, как правило, снижает амплитуду колебаний и приводит к уменьшению различий в динамической реакции между соседними модулями, особенно после второго поплавка», — добавили они. «Усилие в шарнирных соединениях, как правило, увеличивается с ростом частоты волн, достигая пика, а затем снижается, при этом шарниры в средней части корпуса обычно испытывают немного более высокие нагрузки, чем концевые соединения».

В заключение учёные отметили, что в параллельной конфигурации амплитуда движения немного меньше, чем в цепной. По их словам, это указывает на эффект демпфирования при добавлении модулей не только в продольном, но и в поперечном направлении.