مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی پیشروی و شکست موج بر روی موج‌شکن مستغرق نفوذناپذیر

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

2 استاد مهندسی سواحل، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز

3 دانشیار مهندسی سواحل، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

4 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر

چکیده

-در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی پیشروی و شکست موج منظم پریودیک بر روی موج شکن مستغرق ذوزنقه‌ای نفوذناپذیر پرداخته شده است. آزمایش‌های مورد نظر در فلوم موج آزمایشگاه مهندسی سواحل دانشگاه گریفیث استرالیا انجام شده است. همچنین در ادامه از یک مدل عددی لاگرانژی بدون شبکه، به نام مدل هیدرودینامیک ذرات هموار نسبتاً تراکم‌پذیر (WCSPH) برای شبیه‌سازی پیشروی موج منظم بر روی موج‌شکن مستغرق نفوذناپذیر استفاده شده است. این مدل، دو بعدی بوده و سیال را به صورت کمی تراکم‌پذیر در نظر می‌گیرد و علاوه بر حل معادلات حاکم بر سیال لزج برای بدست آوردن میدان سرعت و چگالی، از حل معادله حالت برای بدست آوردن فشار استفاده می‌کند. این مسئله باعث کاهش حجم محاسبات نسبت به روش پایه مدل هیدرودینامیک ذرات هموار می‌شود. برای شبیه‌سازی آشفتگی سیال در روند پیشروی و شکست موج بر روی موج‌شکن مستغرق نفوذناپذیر، از مدل آشفتگی SPS که بوسیله تئوری شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES)  بدست آمده، استفاده شده است.  در تحقیق حاضر، برای بررسی دقت مدل در شبیه‌سازی پیشروی موج منظم بر روی موج‌شکن مستغرق نفوذناپذیر، نتایج مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی حاضر مورد مقایسه قرار گرفته است. همچنین نتایج مدل عددی حاضر با نتایج مدل عددی Rambabu و Mani (2005) مورد مقایسه قرار گرفت،که  نتایج مدل عددی حاضر از تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی برخوردار بود. نتایج این تحقیق نشان داد که مدل عددی تهیه شده، ابزاری قوی برای شبیه‌سازی پیشروی موج بر روی موج‌شکن مستغرق می‌باشد. 

کلیدواژه‌ها


محمودی، ا.، (1393). " مدل هیدرودینامیک ذرات هموار اصلاح شده دو بعدی جهت بررسی عملکرد موج­شکن مستغرق ذوزنقه­ای نفوذ ناپذیر تحت امواج منظم"، رساله دکتری، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند تبریز.

Abdul Khader, M.H., Rai, S.P., (1980). "A study of submerged breakwaters", Journal of Hydraulic Research, 18: 2, 113–121.

Cao, Y.G., Jiang, Ch.B., and Bai, Y.Ch., (2010). "Numerical study on flow structure near two impermeable trapezoid submerged breakwaters on slop bottoms", 9th International Conference on Hydrodynamics October 11-15, Shanghai, China.

Crespo, A.J.C., (2008). "Application of the Smoothed Particle Hydrodynamics model SPHysics to free-surface hydrodynamic", PhD Thesis, Universidad de Vigo.

Garcia N., Lara J.L., and Losada I.J., (2004). "2-D numerical analysis of near-field flow at low-crested permeable breakwaters", Coastal Engineering, 51, 991–1020.

Carević, D., Pršić, M., and Ocvirk, E., (2009). "Modelling of wave interaction with submerged breakwater using MIKE 21 BW", International Symposium on Water Management and Hydraulic Engineering, Ohrid/Macedonia.

Christou, M.,  Swan, C., and Gudmestad, O.T., (2008). "The interaction of surface water waves with submerged breakwaters", Coastal Engineering, 55, 945–958.

Dalrymple, R.A., and Rogers, B.D., (2006). "Numerical modeling of water waves with the SPH method", Coastal Engineering, Vol 53, pp 141 –147.

Goda, Y., and Suzuki, Y., (1976), "Estimation of incident and reflected waves in random wave experiments", In: Proceedings of the 15th International Conference on Coastal Engineering, Hawaii, USA, pp.828–845.

Hsu, T.W., Hsieh, Ch.M., and Hwang, R., (2004). "Using RANS to simulate vortex generation and dissipation around impermeable submerged double breakwaters", Coastal Engineering, 51, 557–579.

Huang, C.J., Chang, H.H., and Hwung, H.H., (2003). "Structural permeability effects on the interaction of a solitary wave and a submerged breakwater", Coastal Engineering, 49, 1 –24.

Jeon, Ch.H., and  Cho, Y.S., (2006). "Bragg reflection of sinusoidal waves due to trapezoidal submerged breakwaters", Ocean Engineering, 33, 2067–2082.

Jie, Ch., Changbo, J., Shixiong, U.,  and Wenwei, H., (2010). "Numerical study on the characteristics of flow field and wave propagation near submerged breakwater on slope", Acta Oceanol. Sin., Vol.29, No.1, p.88-99.

Johnson, H.K., Karambas, T.V., Avgeris, I., Zanuttigh, B., Marco, D.G., and Caceres, I., (2005). "Modelling of waves and currents around submerged breakwaters", Coastal Engineering, 52, 949– 969.

Kim, N.H., Kim, S.R., and Ko, H.S., (2010). "Numerical simulation of wave transmission over a submerged breakwater in wave flume by using SPH method", The 2010 KSCE Annual Conference, Incheon, Korea, pp. 2289-2292.

Liu, X.,  Xu, H., Shao, S., and  Lin, P., (2013). "An improved incompressible SPH model for simulation of wave–structure interaction", Computers & Fluids, Vol 71, pp113–123.

Lo, E., and Shao, S., (2002). "Simulation of near-shore solitary waves mechanics by an incompressible SPH method", Applied Ocean Research, Vol 24, pp 275–286.

Losada, I.J., (2001). "Recent advances in the modeling of wave and permeable structure interaction", Advances in Coastal and Ocean Eng., 7, 163–202.

Mansouri, A. and Aminnejad, B., (2014). "Interaction of submerged breakwater by a solitary wave using WCSPH method", Modelling and Simulation in Engineering, Vol. 2014, Article ID 524824.
Monaghan, J.J., (1992). "Smoothed Particle Hydrodynamics", Annual Review of Astronomy and Astrophysics, Vol. 30, pp 543–574.

Monaghan, J.J., (1994). "Simulating free surface flows with SPH", Journal Computational Physics , Vol 110, pp 399–406.

Monaghan, J.J., (2005). "Smoothed Particle Hydrodynamics", Reports on Progress in Physics, 68: 1703-1759.

Rambabu, A.Ch., and Mani, J.S., (2005). "Numerical prediction of performance of submerged breakwaters", Ocean Engineering, 32, 1235–1246.

Shen, Y.M., Ng, C.O. and Zheng, Y.H., (2004). "Simulation of wave propagation over a submerged bar using the VOF method with a two-equation  turbulence modeling", Ocean Engineering, 31, 87–95.

 Wendland, H., (1995). "Piecewiese polynomial, positive definite and compactly supported radial functions of minimal degree", Advances in Computational Mathematics, Vol 4, pp 389– 396.

Xu, R., (2010). "An improved incompressible smoothed particle hydrodynamics method and its application in free-surface simulations", PhD Dissertation, University of Manchester, UK