Simulazione fluidodinamica di dispositivi OWC per la conversione dell’energia del moto ondoso

Wave energy represents a complementary resource to conventional renewable sources, a field in which the oscillating water column (OWC) technology stands out as the most extensively studied and prototyped. This thesis investigates the influence of chamber geometry on the hydrodynamic performance of a fixed OWC device. The analysis is carried out in ANSYS Fluent within a two-dimensional numerical wave tank, solving the RANS equations with the k–ω SST turbulence model and the Volume of Fluid method, adopting the experimental geometry of Morris-Thomas et al. (2007) as a reference. Following model validation, performed by comparison with experimental and numerical data from the literature, the parametric investigation is based on the One-Factor-At-A-Time approach, holding the operating point fixed and assessing the impact of four geometric parameters: draft, width, thickness and inclination of the front wall. The interpretation of the results rests on the decomposition of the efficiency into two contributions: the amplitude of the oscillation and the synchronisation between pressure and free-surface velocity. The results show that the chamber width is the geometric parameter with the greatest influence on performance, with an optimal value corresponding to an intermediate configuration, while the vertical front wall guarantees the highest efficiency. The draft proves more effective at small values, whereas the wall thickness produces more limited effects.

L'energia del moto ondoso rappresenta una risorsa complementare alle fonti rinnovabili convenzionali, ambito in cui la tecnologia a colonna d'acqua oscillante (OWC) si distingue come la più studiata e prototipata. Il presente lavoro di tesi indaga l'influenza della geometria della camera sulle prestazioni idrodinamiche di un dispositivo OWC fisso. L'analisi è condotta in ambiente ANSYS Fluent all'interno di una vasca numerica bidimensionale, risolvendo le equazioni RANS con modello di turbolenza k–ω SST e metodo Volume of Fluid, assumendo come riferimento la geometria sperimentale dello studio di Morris-Thomas et al. (2007). Dopo la validazione del modello, condotta mediante confronto con dati sperimentali e numerici di letteratura, l'indagine parametrica si basa l'approccio One-Factor-At-A-Time, fissando il punto operativo e valutando l'impatto di quattro parametri geometrici: pescaggio, larghezza, spessore e inclinazione della parete frontale. L'interpretazione dei risultati si fonda sulla scomposizione del rendimento nei due contributi di ampiezza dell'oscillazione e di sincronizzazione tra pressione e velocità della superficie libera. I risultati mostrano che la larghezza della camera è il parametro geometrico con la maggiore influenza sulle prestazioni, con un valore ottimale in corrispondenza di una configurazione intermedia, mentre la parete frontale verticale garantisce il massimo rendimento. Il pescaggio risulta maggiormente efficace per valori contenuti, mentre lo spessore della parete produce effetti più limitati.