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Numerical modelling and experimental validation of wave and offshore wind energy converters
01HWZRO
A.A. 2024/25
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Meccanica - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 30 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sirigu Sergej Antonello | Ricercatore L240/10 | IIND-02/A | 11 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Uno dei cardini della decarbonizzazione e della transizione verde è lo sfruttamento dell’energia rinnovabile da fonti marine, come confermato dalle direttive Europee e dal Green Deal. Tra queste, l’energia da moto ondoso è in una fase di rapido sviluppo sia tecnologico che accademico, mentre l’eolico offshore galleggiante è ha ormai raggiunto la piena maturità tecnologica.
Questo corso affronta la tematica in modo pragmatico ed operativo, mirando a fornire in primo luogo una base teorica solida per la comprensione fisica e tecnologica dei dispositivi; in secondo luogo, sono forniti ed analizzati strumenti matematici, toolbox, software open-access e dataset pubblici che permettono di accelerare l’ingresso operativo nella materia, con potenziali integrazioni con altre linee di ricerca. Il corso si focalizzerà principalmente sulla conversione di energia da moto ondoso, ma fornirà anche strumenti per la modellazione di eolico su piattaforma galleggiante.
One of the cornerstones of decarbonization and the green transition is the exploitation of renewable energy from marine sources, as confirmed by European directives and the Green Deal. Among these, wave energy is undergoing rapid development both technologically and academically, while floating offshore wind has reached technology maturity.
This course approaches the subject pragmatically and operationally, aiming first to provide a sound theoretical basis for the physical and technological understanding of the devices; then, mathematical tools, toolboxes, open-access software, and public datasets are provided and analysed to accelerate operational entry into the subject, with potential integrations with other lines of research. The course will focus on wave energy converters mainly, but tools for the simulation of floating offshore wind turbines will also be provided and discussed.
Nessuno. Si consiglia la conoscenza base di Matlab e Simulink, ma non è strettamente necessaria.
None. Basic knowledge of Matlab and Simulink is adviced, but it is not strictly necessary.
• Moto ondoso: processo fisico; onde regolari e teoria di Airy; spettri di onde irregolari; direzionalità; monitoraggio in-situ e satellitare; dataset pubblico: ERA5; Piattaforma RES per analisi risorsa e vincolistica.
• Convertitori di energia da moto ondoso e turbine eoliche galleggianti: principi di funzionamento; storia; outlook industriale odierno.
• Modelli matematici: teoria del potenziale lineare; modelli parzialmente lineari; Navier-Stokes, Computational Fluid Dynamics e Smoothed Particle Hydrodynamics; Modelli per l’ormeggio e power take-off.
• Simulazione idrodinamica nel dominio delle frequenze: Software Open-access Boundary Element Method (Nemoh); simulazione di dispositivi archetipali; simulazione di array; identificazione dell’integrale di convoluzione e toolbox open-access (FOAMM); analisi in frequenza (Response Amplitude Operator) e Power Matrix.
• Simulazione dinamica nel dominio del tempo di wave energy converters: non linearità; Software open-access WEC-Sim (basato su Matlab Simulink).
• Simulazione dinamica nel dominio del tempo di eolico su piattaforma galleggiante: MOST integrato in WEC-Sim.
• Validazione sperimentale: test a secco in hardware-in-the-loop (architettura e applicazioni); funzionamento di vasche navali; campagne sperimentali in vasca navale; Open-access dataset di un array (SWELL); tecniche di processamento dati sperimentali e validazione
• Ocean waves: physical process; regular waves and Airy theory; irregular wave spectra; directionality; in-situ and satellite monitoring; public dataset: ERA5; RES platform for resource and constraint analysis.
• Wave energy converters and floating offshore wind turbines: principles of operation; history; present industrial outlook.
• Mathematical models: linear potential theory; partially linear models; Navier-Stokes, Computational Fluid Dynamics and Smoothed Particle Hydrodynamics; Models for mooring and power take-off.
• Frequency domain hydrodynamics simulation: Open-access Boundary Element Method (Nemoh) software; Archetypal device simulation; Array simulation; Convolution integral identification and open-access toolbox (FOAMM); Frequency analysis (Response Amplitude Operator) and Power Matrix.
• Dynamic simulation of wave energy converters in the time domain: nonlinearity; WEC-Sim open-access software (based on Matlab Simulink).
• Dynamic simulation of floating offshore wind turbines in the time domain: MOST integrated in WEC-Sim.
• Experimental validation: dry hardware-in-the-loop testing (architecture and applications); Wave tank features and working principle; Wave tank experimental campaigns; Open-access dataset of an array (SWELL); Experimental data processing techniques and validation.
Modalità mista
Mixed mode
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.1-1 - Febbraio
P.D.1-1 - February
17/2/25. 14:00-18:00. Monday. Ocean waves, wave energy converter technologies, and numerical modelling
18/2/25 14:00-18:00. Tuesday. Linear simulation tools: Boundary Element Method and frequency domain analysis
24/2/25 14:00-18:00. Monday. Nonlinear time-domain simulation tools: WEC-Sim
25/2/25 14:00-18:00. Tuesday. Nonlinear time-domain simulation tools: MOST in WEC-Sim
03/3/25 14:00-18:00. Monday. Experimental campaigns and models validation: hardware-in-the-loop, wave tanks, and postprocessing techniques
21/3/25 13:00-18:00. Friday Exam
17/2/25. 14:00-18:00. Monday. Ocean waves, wave energy converter technologies, and numerical modelling
18/2/25 14:00-18:00. Tuesday. Linear simulation tools: Boundary Element Method and frequency domain analysis
24/2/25 14:00-18:00. Monday. Nonlinear time-domain simulation tools: WEC-Sim
25/2/25 14:00-18:00. Tuesday. Nonlinear time-domain simulation tools: MOST in WEC-Sim
03/3/25 14:00-18:00. Monday. Experimental campaigns and models validation: hardware-in-the-loop, wave tanks, and postprocessing techniques
21/3/25 13:00-18:00. Friday Exam