Het voorgestelde onderzoek zal zich concentreren op de studie van de gegenereerde golf- en stromingsvelden in 3D (Coastal & Ocean Basin) en 2D (Golfgoot Universiteit Gent) laboratoria. De interactie tussen golven en stromingen is zeer complex en wordt zelden bestudeerd en nauwelijks begrepen. Metingen vanuit de 3D- en 2D-laboratoria zullen worden uitgevoerd en geanalyseerd om de kwaliteit van de gegenereerde golven en stromingen en hun interactie beter te beschrijven.

Laboratoria

Als 3D-faciliteit wordt het Coastal & Ocean Basin (COB) voorgesteld voor de studie. De COB-golftankfaciliteit bevindt zich in het Maritiem Onderzoekscentrum op het Wetenschapspark Oostende, België. Het COB en de bijbehorende testdiensten zijn ontworpen (Troch et al. 2016) om de behoeften van de offshore hernieuwbare energiesector, de kust- en offshore-engineeringgemeenschap te faciliteren en de mogelijkheid te bieden aan de academische wereld, bedrijven en overheidsinstanties om schaalmodellen te testen onder gecombineerde actie van golven en stromingen in elke relatieve richting, om innovatieve ontwerpen te ontwikkelen. Het COB is operationeel sinds maart 2023 en heeft sindsdien met succes zijn eerste projecten rond golfenergieconverters (WECFarm), golfdiffractiestudie rond een monopile (PhairywinD) en drijvende offshore fotovoltaïsche eilanden (MarineSpots) afgerond. In 2023 is een specifiek onderzoek naar het gegenereerde golfveld uitgevoerd en de gegevens zullen beschikbaar zijn voor de voorgestelde onderzoekslijn.  

Als 2D-faciliteit worden de golfgoot aan de Universiteit Gent en de nieuw aangelegde Zoutwatergoot op het Wetenschapspark Oostende voorgesteld.

Golf- en stroomveldgeneratie

De golfvelden in de 3D-faciliteit (Coastal & Ocean Basin) worden gegenereerd door een L-vormige, piston type en nat-back golfgenerator die twee volledige zijden van het bassin beslaat, in combinatie met een parabolische dubbellaagse passieve absorber van stenen. De golfgenerator beschikt over het genereren van 1e en 2e orde, regelmatige golven en onregelmatige zeetoestanden, evenals golfvelden met korte kruin en extra's zoals cnoïdale, bichromatische, gerichte en solitaire golven voor een bereik van operationele waterdieptes tussen 0,3 en 1,4 m. Bij een ontwerpwaterdiepte van 1,1 m kan een maximale golfhoogte van 0,55 m worden gegenereerd, waarbij golfperioden fysiek worden begrensd door golfsteilheid en machineslag. De golfgenerator is uitgerust met actieve absorptie. 

Langs de andere twee zijden van de golftank is een passieve absorber geïnstalleerd. Er is gekozen voor een passieve absorber van stenen, met een parabolische vorm, met afnemende porositeit naar de kern toe en stenen met scherpe randen en een laag krijtgehalte, om de golfdissipatie te vergroten en de hoeveelheid gereflecteerde golven vanaf de grenzen te beperken, waardoor de kwaliteit van de golf wordt verhoogd. Het ontwerp van de passieve absorber is gebaseerd op het uitgebreide overzicht van Ouellet et al. (1986) en verfijnd op basis van experimentele voorstudies uitgevoerd in een golfgootfaciliteit.

De stroming word gegenereerd met behulp van 56 individuele pompen in de kelder van de faciliteit, die de stroom omhoog drijven naar een turbulentie absorptiescherm om een ​​homogeen stroomveld tot stand te brengen met realistische turbulentieniveaus (10%). De stroom wordt vervolgens met behulp van geleidingskaders in horizontale richting gebogen en door het bassin verplaatst totdat deze aan de andere kant van de tank weer naar beneden vertrekt, waardoor een verticale stroom circuit ontstaat.

De golf- en stromingsvelden in de 2D-faciliteit (golfgoot van de Universiteit Gent en de nieuw gebouwde zoutwatergoot op het Wetenschapspark van Oostende) worden op dezelfde manier gegenereerd, maar met slechts 1 golfschot die uni directionele golven met lange kruin genereert en één pomp die co-directionele golven en stromingen genereert.

Kwaliteit van het gegenereerde golf- en stromingsveld

De kwaliteit van het gegenereerde golfveld en de beoordeling van golftankspecifieke onzekerheden met betrekking tot modeleffecten zijn van cruciaal belang voor het interpreteren van de metingen vanuit een laboratoriumfaciliteit (Hughes, 1993). Ontwerpers vertrouwen sterk op de uitkomst van golftanktests en het voorspellend vermogen van ontwerprichtlijnen, zoals EurOtop (2018) of testnormen voor golfconversiesystemen (bijv. Holmes, 2009), of de ITTC is doorgaans gebaseerd op golfparameters afgeleid van schaalmodellen. testen en daarom sterk afhankelijk van een nauwkeurige en reproduceerbare weergave van het golfveld binnen een gedefinieerde foutmarge.

De golfopwekkingsmogelijkheden worden beschreven in termen van steilheid, waterdiepte en slagbegrenzingscurven om de mogelijk gegenereerde golfvelden te omvatten. Verder onderzoek doen naar de prestaties van de passieve absorber door de gegenereerde golfvelden op te splitsen in gereflecteerde en invallende componenten. De nauwkeurigheidsbeoordeling van de golfvelden wordt vervolgens gebaseerd op de vergelijking van reguliere golftijdreeksen en onregelmatige golfspectrale zeetoestandrepresentaties met theoretische oplossingen. De homogeniteit van de verkregen golfnauwkeurigheid over het bassin en de stabiliteit van de golfkruin worden verder onderzocht. Omdat de L-vormige golfgeneratoropstelling het mogelijk maakt zeer schuine golven te genereren met een operationele richting van 45° (diagonale golven), wordt de kwaliteit van deze golven beoordeeld in termen van de inhoud van ongewenste golven (Lykke Andersen et al., 2020 ). Tenslotte wordt de effectiviteit van de actieve absorptie bij de golfgenerator en het vermogen om kortkruinige golven te genereren bestudeerd.  Wat de stromingen betreft, wordt een vergelijkbare aanpak voorgesteld en wordt de kwaliteit van de stroming beschreven in termen van stromingshomogeniteit over de diepte, ontwikkeling en grootte van de grenslaag, evenals karakteristieke turbulentieschalen en intensiteiten in het meetvolume. Nadat golven en stromingen afzonderlijk zijn gekarakteriseerd, wordt de interactie van beide bestudeerd.

Methode

Er zijn in COB twee speciale experimentele campagnes uitgevoerd, in maart 2023 en in oktober 2023, om de kwaliteit van het gegenereerde golfveld te beoordelen, door het bassin in kaart te brengen met resistive golfhoogte meter (nauwkeurigheid 0,1% FS) en de verkregen golfvelden te meten voor de operationele waterdieptes en golfomstandigheden. Bovendien is er in het eerste kwartaal van 2025 een speciale campagne gepland om het stroming generatie systeem in COB in bedrijf te stellen en het gegenereerde stroomveld te karakteriseren. Soortgelijke onderzoeken zijn en zullen worden uitgevoerd in de 2D-faciliteiten om de vereiste gegevens voor het voorgestelde onderzoek te verzamelen. Naast het fysiek testen en de analyse van de verkregen datasets, zullen numerieke modellen (SWASH) worden opgezet, gevalideerd en geëxploiteerd op basis van de experimentele data.