Hydrodynamic behavior of the oscillating water column resonant chamber

Abstract

ABSTRACT: Wave energy converters (WEC) may be a promising option for extracting the energy available in the sea and ocean in a clean way. The oscillating water column (OWC) is one of the most well-known and applicable WEC systems. In this work, computational fluid dynamics (CFD) was employed to simulate an OWC at the shore numerically adapted to the Pacific Ocean conditions. For this purpose, ANSYS-Fluent software was used, and Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) equations were solved through the program in two dimensions. The Volume of Fluid (VOF) scheme and the laminar viscosity model were used for the description of the water-air interface and the fluid modeling, respectively. The regular waves were generated using Stokes second-order nonlinear theory by directly fitting as input the boundary condition as an open channel wave and the volume fraction parameters through implicit formulation. The variation of the free water surface elevation and the pressure drop inside the resonance chamber were investigated; the results showed that for the studied OWC, an efficiency of 0.672 was obtained.

RESUMEN: Los convertidores de energía de las olas (WEC) pueden ser una opción prometedora para extraer la energía disponible en el mar y los océanos de manera limpia. La columna de agua oscilante (OWC) es uno de los sistemas WEC más conocidos y aplicables. En este documento, se empleó la dinámica de fluidos computacional (CFD) para simular numéricamente una OWC en la orilla adaptada a las condiciones del Océano Pacífico. Para este propósito, se utilizó el programa ANSYS-Fluent y las ecuaciones de Navier Stokes promediadas de Reynolds (RANS) fueron resueltas a través del programa en dos dimensiones. El esquema de Volumen de Fluido (VOF) y el modelo de viscosidad laminar fueron usados para la descripción de la interfaz entre el agua y el aire, y el modelamiento del fluido, respectivamente. Las olas regulares se generaron utilizando la teoría no lineal de segundo orden de Stokes ajustando directamente como entrada la condición de contorno como una ola de canal abierto y los parámetros de fracción de volumen a través de formulación implícita. La variación de la elevación de la superficie libre de agua y la caída de presión dentro de la cámara de resonancia fueron investigados, los resultados mostraron que para la OWC estudiada, se obtuvo una eficiencia de 0.672.