Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12665
Title: Underwater acoustical pressure reduction in pile driving at offshore wind farms by the use of air bubble curtain
Authors: Πολύζος, Ευστράτιος
Keywords: Noise mitigation
Pile driving
IEMA
Keywords (translated): Θαλάσσια αιολικά πάρκα
Απόσβεση ακουστικών κυμάτων
Μέθοδος συνοριακών στοιχείων
Abstract: An important engineering challenge of the present day, and a vital one for the future, is developing and harvesting alternative sources of energy. Due to that fact, offshore wind farm has a great response as an emerging technology in the wind energy conversion system, by providing large amounts of sustainable energy. However, the most common technique of foundation establishment – the pile driving – seems to influence marine mammals negatively. The noise generated from driving a foundation pile into the seabed using a large impact hammer affects the aquatic life several kilometers away, since lower frequencies (10 – 1000 Hz) with larger wave lengths, do not dissipate in the sea water easily. This is mostly common for piles of large diameter that tend to radiate the acoustic energy in lower frequencies. In an attempt to mitigate the ecological footprint, several techniques have been introduced, main of which is the placement of an air bubble curtain around the pile. Air bubbles in water increase the compressibility several orders of magnitude above that of bubble-free water, thereby greatly reducing the velocity and increasing attenuation of acoustic waves propagating in the water. The purpose of this work, is to understand the mechanism of noise reduction by the use of an air bubble curtain and to compare different cases of curtains in terms of placement and composition for the frequency bandwidth that is of interest. In order to simulate the air bubble curtain, an iterative effective medium approximation (IEMA) method for wave dispersion and attenuation predictions in bubble water, is introduced. Finally, the problem is modeled and solved by the use of the Boundary Element Method, which provide fast and accurate results to semi-infinite, exterior, linear problems.
Abstract (translated): Μια σημαντική μηχανολογική πρόκληση για τη σημερινή εποχή, και ζωτικής σημασίας για το μέλλον, είναι η ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για το λόγο αυτό, η τοποθέτηση ανεμογενητριών στη θάλλασσα έχει μεγάλη απήχηση στον τομέα μετατροπής ενέργειας. Η πιο συνήθης μέθοδος τοποθέτησης ανεμογεννητριών βάσης τύπου χαλύβδινου πυλώνα, όμως, προξενεί προβλήματα στη θαλάσσια ζωή λόγω των παραγόμενων ακουστικών κυμάτων. Για την περίπτωση πυλώνων με μεγάλη διάμετρο, τα ακουστικά κύματα κυμαίνονται σε σχετικά χαμηλές συχνότητες και επομένως ταξιδεύουν αρκετά χιλιόμετρα μέχρι την τελική τους απόσβεση. Για τη μείωση του θορύβου, σε μια προσπάθεια να μετριασθούν οι αρνητικές επιπτώσεις, πολλές τεχνικές έχουν αναπτυχθει, με κύρια εκείνη της κουρτίνας ϕυσαλίδων. Η τελευταία, επιτυγχάνει την απόσβεση λόγω της διαϕοράς συμπιεστότητας μεταξύ αέρα και νερού. Πρωταρχικός στόχος της παρούσας εργασίας, είναι η κατανόηση της μεθόδου της κουρτίνας από ϕυσαλίδες και η σύγκριση διαϕορετικών περιπτώσεων κουρτινών, τόσο σε σχέση με την τοποθέτηση όσο και με τη σύστασή τους. Για τη μείωση του υπολογιστικού ϕόρτου χρησιμοποιείται η μέθοδος των Συνοριακών Στοιχείων, που προσϕέρει ταχείς και ακριβείς λύσεις στην περίπτωση γραμμικών προβλημάτων ημιάπειρου χωρίου. Για την αποϕυγή προσομοίωσης κάθε ϕυσαλίδας αναπτύσσεται μια νέα επαναλληπτική Μια σημαντική μηχανολογική πρόκληση για τη σημερινή εποχή, και ζωτικής σημασίας για το μέλλον, είναι η ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για το λόγο αυτό, η τοποθέτηση ανεμογενητριών στη θάλλασσα έχει μεγάλη απήχηση στον τομέα μετατροπής ενέργειας. Η πιο συνήθης μέθοδος τοποθέτησης ανεμογεννητριών βάσης τύπου χαλύβδινου πυλώνα, όμως, προξενεί προβλήματα στη θαλάσσια ζωή λόγω των παραγόμενων ακουστικών κυμάτων. Για την περίπτωση πυλώνων με μεγάλη διάμετρο, τα ακουστικά κύματα κυμαίνονται σε σχετικά χαμηλές συχνότητες και επομένως ταξιδεύουν αρκετά χιλιόμετρα μέχρι την τελική τους απόσβεση. Για τη μείωση του θορύβου, σε μια προσπάθεια να μετριασθούν οι αρνητικές επιπτώσεις, πολλές τεχνικές έχουν αναπτυχθει, με κύρια εκείνη της κουρτίνας ϕυσαλίδων. Η τελευταία, επιτυγχάνει την απόσβεση λόγω της διαϕοράς συμπιεστότητας μεταξύ αέρα και νερού. Πρωταρχικός στόχος της παρούσας εργασίας, είναι η κατανόηση της μεθόδου της κουρτίνας από ϕυσαλίδες και η σύγκριση διαϕορετικών περιπτώσεων κουρτινών, τόσο σε σχέση με την τοποθέτηση όσο και με τη σύστασή τους. Για τη μείωση του υπολογιστικού ϕόρτου χρησιμοποιείται η μέθοδος των Συνοριακών Στοιχείων, που προσϕέρει ταχείς και ακριβείς λύσεις στην περίπτωση γραμμικών προβλημάτων ημιάπειρου χωρίου. Για την αποϕυγή προσομοίωσης κάθε ϕυσαλίδας αναπτύσσεται μια νέα Μια σημαντική μηχανολογική πρόκληση για τη σημερινή εποχή, και ζωτικής σημασίας για το μέλλον, είναι η ανάπτυξη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Για το λόγο αυτό, η τοποθέτηση ανεμογενητριών στη θάλλασσα έχει μεγάλη απήχηση στον τομέα μετατροπής ενέργειας. Η πιο συνήθης μέθοδος τοποθέτησης ανεμογεννητριών βάσης τύπου χαλύβδινου πυλώνα, όμως, προξενεί προβλήματα στη θαλάσσια ζωή λόγω των παραγόμενων ακουστικών κυμάτων. Για την περίπτωση πυλώνων με μεγάλη διάμετρο, τα ακουστικά κύματα κυμαίνονται σε σχετικά χαμηλές συχνότητες και επομένως ταξιδεύουν αρκετά χιλιόμετρα μέχρι την τελική τους απόσβεση. Για τη μείωση του θορύβου, σε μια προσπάθεια να μετριασθούν οι αρνητικές επιπτώσεις, πολλές τεχνικές έχουν αναπτυχθει, με κύρια εκείνη της κουρτίνας ϕυσαλίδων. Η τελευταία, επιτυγχάνει την απόσβεση λόγω της διαϕοράς συμπιεστότητας μεταξύ αέρα και νερού. Πρωταρχικός στόχος της παρούσας εργασίας, είναι η κατανόηση της μεθόδου της κουρτίνας από ϕυσαλίδες και η σύγκριση διαϕορετικών περιπτώσεων κουρτινών, τόσο σε σχέση με την τοποθέτηση όσο και με τη σύστασή τους. Για τη μείωση του υπολογιστικού ϕόρτου χρησιμοποιείται η μέθοδος των Συνοριακών Στοιχείων, που προσϕέρει ταχείς και ακριβείς λύσεις στην περίπτωση γραμμικών προβλημάτων ημιάπειρου χωρίου. Για την αποϕυγή προσομοίωσης κάθε ϕυσαλίδας αναπτύσσεται μια νέα επαναληπτική μέθοδος (ΙΕΜΑ) υπολογισμού της ταχύτητας ϕάσης και απόσβεσης ισοδύναμου μέσου.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_Πολύζος_Ευστράτιος_247027.pdf1.21 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.