Targeting a floating wave and offshore wind hybrid power generation system (FWWHybrid) designed in the Republic of Korea, this study examines the impact of the interaction, with multiple wave energy converters (WECs) placed on the platform, on platform motion. To investigate how the motion of WECs affects the behavior of the FWWHybrid platform, it was numerically compared with a scenario involving a 'single-body' system, where multiple WECs are constrained to the platform. In the case of FWWHybrid, because the platform and multiple WECs move in response to waves simultaneously as a 'multi-body' system, hydrodynamic interactions between these entities come into play. Additionally, the power take-off (PTO) mechanism between the platform and individual WECs is introduced for power production. First, the hydrostatic/dynamic coefficients required for numerical analysis were calculated in the frequency domain and then used in the time domain analysis. These simulations are performed using the extended HARP/CHARM3D code developed from previous studies. By conducting regular wave simulations, the response amplitude operator (RAO) for the platform of both single-body and multi-body scenarios was derived and subsequently compared. Next, to ascertain the difference in response in the real sea environment, this study also includes an analysis of irregular waves. As the floating body maintains its position through connection to a catenary mooring line, the impact of the slowly varying wave drift load cannot be disregarded. To assess the influence of the 2nd-order wave exciting load, irregular wave simulations were conducted, dividing them into cases where it was not considered and cases where it was included. The analysis of multi-degree-of-freedom behavior confirmed that the action of multiple WECs had a substantial impact on the platform's response.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.3
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pp.267-273
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2008
The circular cylinder pipes are used in the many industrial areas. In this paper, the acoustic wave propagation in the pipe containing a gas is researched. First of all, the theory for the coupled acoustic wave propagation in a pipe is investigated. Acoustic wave propagation in pipe can not be occurred independently between the wave of the fluid and the shell. It requires complicated analysis. However, as a special case, the coupled wave in a high density pipe containing a light density medium is corresponded closely to the uncoupled in-vacuo shell waves and to the rigid-walled duct fluid waves. The coincidence frequencies of acoustic and shell modes contribute to the predominant energy transmission. The coincidence frequency means the frequency corresponding to the coincidence of the wavenumber in both acoustic and shell. In this paper, it is assumed that the internal medium is much lighter than the pipe shell. After the uncoupled acoustic wave in the internal medium and uncoupled shell wave are considered, the coincidence frequencies are found. The analysis is successfully confirmed by the verification of the experiment using the real long steel pipe. This work verifies that the coupled wave characteristic of the shell and the fluid is occurred as predominant energy transmission at the coincidence frequencies.
In the present study, an offshore platform having large partial porous cylindrical members, which are composed of permeable and impermeable cylinders, is suggested. In order to calculate the wave force on large partial porous cylindrical members, the fluid domain is divided into three regions: a single exterior region, N inner regions and N beneath regions, and the scattering wave in each fluid region is expressed by an Eigen-function expansion method. Applying Darcy's law to the porous boundary condition, the effect of porosity is simplified. Wave excitation forces and wave run up on the structures are presented for various wave conditions. For the idealized three-dimensional platform having large partial porous cylindrical members, the dynamic response evaluations of the platform due to wave forces are carried out through the modal analysis. In order to examine the effects of soil-structure interaction, the substructure method is also applied. The displacement and bending stress at the selective nodal points of the structure are computed using various input parameters, such as the shear-wave velocity of soil, the wave height and the wave period. Applying the Monte Carlo Simulation (MCS) method, the reliability evaluations at critical structure members, which contained uncertainties caused by dynamic forces and structural properties, are examined by the reliability index with the results obtained from MCS.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.5
no.1
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pp.11-18
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2002
Directional breaking waves are generated by the component wave focusing both in direction and frequency based on constant wave steepness and constant wave amplitude spectrum models. The generated breaking waves are classified in the incipient, single and multi breaking waves. The characteristics of directional breaking waves are investigated in terms of surface profile parameters of wave crest steepness and asymmetry. The evolution of breaking wave characteristics is analyzed in a view of focusing efficiency. It shows that the front steepness and vertical asymmetry play an important role in breaking process, while the crest rear steepness and horizontal asymmetry are nearly constant during the process. The superposition of directional components greatly enhances the focusing efficiency and it suggests that characteristics of directional breaking waves may significantly different from uni-directional ones.
Th COP28 has emphasized the governments to speed up the transition away from fossil fuels to renewables such as wind and solar power in their next round of climate commitments. The steady and less turbulent wind over the ocean draws increased attention of governments, industries and researchers on exploring advanced technologies to extract energy from offshore wind. The present study numerically investigates the hydrodynamic behavior of a SPAR-type Floating Offshore Wind Turbine (FOWT) under various wave conditions and mooring line configurations. One of the major focuses of this study is investigating a freak wave's impact on a FOWT and determining its extreme responses. The study investigates the structural response under various wave impact for different configurations of mooring lines. The present study examines the wave-structure interaction under regular and freak wave conditions using numerical modelling approach. During the study, it is ensured that the natural frequency and wave induced motions of SPAR are inline with the experimental studies; thereby increasing the confidence in using the numerical model and domain for this investigation. The study considers the behaviour of slack and taut mooring arrangements under these wave conditions. The study observed that a taut mooring configuration can be efficient in restraining the FOWT motions, especially under a freak wave scenario. The Froude-Krylov force shows a non-linearity due to the non-uniform profile of the platform under all wave conditions. Overall, the study contributes to determining the performance of the mooring configurations under different wave conditions.
Lee Kwangbae;Heo Seung;Song Young-Soo;Song Seungyup;Kim Haksoo
Geophysics and Geophysical Exploration
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v.7
no.4
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pp.225-233
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2004
The purpose of this study is to provide the geo-technical information by assessment of the in-situ rock strength using the reflected wave energy and travel time data acquired by the borehole acoustic scanner. In order to compare and analyze the relationship between the uniaxial compressive strength and the reflected wave energy, the laboratory test and the borehole acoustic scanning were conducted for the set of specimens, such as mortar, concrete, and rock samples which have different rock type. Finally, we verified the applicability of the reflected wave energy acquired by the borehole acoustic scanner to quantitatively estimate the in-situ rock strength.
The majority of existing WECs (wave energy converters) are designed to achieve maximum power at a resonance condition. In the case of a single WEC, its size must be large enough for tuning, and it has high efficiency only within a limited frequency band. Recently, wave power extraction by deploying many small buoys in a compact array has been studied under the assumption that the buoy's size and separation distance are much smaller than the water depth, wave length, and size of the array. A boundary value problem involving the macro-scale boundary condition on the mean surface covered by an infinite strip of buoys is solved using the eigenfunction expansion method. The energy extraction efficiency (${\varepsilon}=1-R^2_f-T^2_r$), where $R_f$ and $T_r$ are the reflection and transmission coefficients for a strip array of buoys, is assessed for various combinations of packing ratio, strip width, and PTO damping coefficient.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.4
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pp.614-624
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2013
The resonance power buoy is a convincing tool that can increase the extraction efficiency of wave energy. The buoy needs a corresponding draft, to move in resonance with waves within the peak frequency band where wave energy is concentrated. However, it must still be clarified if the buoy acts as an effective displacement amplifier, when there is insufficient water depth. In this study, the vertical displacement of a circular cylinder-type buoy was calculated, with the spectrum data observed in a real shallow sea as the external wave force, and with the corresponding draft, according to the mode frequency of normal waves. Such numerical investigation result, without considering Power Take-Off (PTO) damping, confirmed that the area of the heave responses spectrum can be amplified by up to about tenfold, compared with the wave energy spectrum, if the draft corresponds to the peak frequency, even with insufficient water depth. Moreover, the amplification factor of the buoy varied, according to the seasonal changes in the wave spectra.
The results of a simulation study of variable liquid column oscillations in U-tanks with a novel control scheme are presented. The configuration under investigation is analogous to that of the tuned liquid-column damper used to suppress oscillatory motion in large structures like tall buildings and cargo ships. However, by virtue of an adequate controller, the response of amplitude of the U-tanks becomes larger in a desired frequency range. The motion of wave energy conversion system equipped with a variable liquid column oscillator is described by a series of nonlinear differential equations. The equations describe the motion of body under ocean wave excitation, and the motion of liquid with an air-spring effect caused by the compression and expansion of air in vertical liquid columns and air chambers. It is shown that the effect of the air-spring has a vital role to maintain the natural frequency of oscillation in the system to synchronize with the frequency of the ocean wave, thus the system provides the most effective mode for energy extraction from the ocean.
Kim, Ki Chul;Park, Geon Hyeong;Jung, Sung Hee;Lee, Jung Lyul;Suh, Kyung Suk
Journal of Radiation Industry
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v.5
no.1
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pp.87-93
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2011
A laboratory experiment using a radioisotope was performed to analyze the characteristics of transport and diffusion of a pollutant released from industrial plants. A wave hydraulic model based on the similarity theory was constructed and used to reappear the tidal wave in the laboratory. Two-dimensional numerical models were used to reproduce the results of a wave hydraulic model. The measured and calculated concentrations were compared with the same conditions. As a result of the comparative study, the time of maximum concentration showed slight difference between them, but the values of maximum concentration were relatively well agreed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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