مدل‌سازی عددی سه بعدی برخورد موج تنها به سازه و شکست چرخان موج

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 مجتمع مکانیک - دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 مجتمع مکانیک ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

نیروی موج، مهمترین نیروی وارد بر سازه‌های دریایی است و شدیدترین نیروها را، موج در حال شکست، بر سازه وارد می‌کند. در شکست موج، آشفتگی و اختلاط شدید، ایجاد می‌شود. و تحلیل آن، کاری دشوار و پیچیده‌ای است. در مقاله‌ی حاضر، ابتدا بصورت عددی، یک موج تنها ایجاد گردیده و سپس شکست چرخان موج تنها روی سطح شیب‌دار شبیه‌سازی شده است. در مدل‌سازی عددی اخیر از روش حجم محدود و مدل دو فازی حجم سیال برای مدل‌سازی سطح آزاد استفاده شده است. شبیه‌سازی در حالت غیردائم و با استفاده از مدل توربولانسی k-w SST انجام گرفته است. معادلات موج نیز کدنویسی شده‌اند. شکل سطح آزاد آب از نظر کمی و کیفی انطباق خوبی با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی دارد و در مراحل مختلف شکست موج، یعنی شروع شکست موج، برخورد نوک موج به زمین، تشکیل جت آب و شکست مجدد آن، تطابق نسبتاً خوبی با تست آزمایشگاهی وجود دارد. در ادامه این مقاله، مدل‌سازی عددی سه‌بعدی برخورد موج تنها، با یک ستون صلب در دو حالت شکست و بدون شکست موج انجام پذیرفته است. نتایج عددی این مدل‌سازی از لحاظ مقدار نیروی برخورد، از اعتبار خوبی برخوردارند.

کلیدواژه‌ها


Brucker, K.A., O'Shea, T.T., Dommermuth, D.G., and Adams, P. (2014). Three-dimensional simulations of deep-water breaking waves, arXiv:1410.1746v1 [physics.flu-dyn].

Colagrossi, A., Landrini M. (2003), Numerical simulation of interfacial flows by smoothed particle hydrodynamics, J. Comput. Phys. 191 448–75.

Currie, I.G. (2002), Fundamental mechanics of fluids. Crc Press.

Dalrymple and Rogers. (2006), Numerical modeling of water waves with the SPH method, Coastal engineering, 53: 141-147.

Dean, Robert G., and Robert A. Dalrymple. (1991), Water wave mechanics for engineers and scientists. World Scientific Publishing Company.

Goring, D.G. (1979). Tsunamis-the propagation of long waves onto a shelf, W.M. Keck Laboratory of Hydraulics and Water Resources, California Institute of Technology.

Grilli, S.T., Svendsen, I.A. and R., Subramanya. (1999), Breaking Criterion and Characteristics for Solitary Waves on Slopes,  J. Waterway Port Coastal and Ocean Engng., 123(3): 102-112.

Grillli, G. (2006). Numerical study of three-dimensional overturning waves in shallow water, J. Fluid Mechanics, 547: 361-388.

Ketabdari, M.J., Nobari, M.R.H., Moradi Larmaei, M. (2008), Simulation of wave’s group propagation and breaking in coastal zone using a Naviere Stokes solver with an improved VOF free surface treatment, Applied Ocean Research 30(2): 130-143.

Khayyer, A., Gotoh, H., Shao, S.D. (2008), Corrected Incompressible SPH method for accurate water-surface tracking in breaking waves, Coastal Engineering. 55: 236–250.

Lee, J.-J., Skjelbreia, J.E., and Raichlen, F. (1982), Measurement of velocities in solitary waves, J. Waterway Port Coastal & Ocean Div., Proc. ASCE, 108(2): 200–218.

Lubin, P., Vincent, S., Caltagirone, J.-P. and Abadie, S. (2003). Fully Three-dimensional Direct Numerical Simulation of Plunging Breaking Waves, C. R. M´ecanique, 331: 495-501.

Lubin, P., and Glockner, S. (2013). Detailed numerical investigation of the three-dimensional flow structures under breaking waves, Proc. 7th International Conference on Coastal Dynamics Conference.

Mo, W., Jensen, A., and Liu, P.L-F. (2013). Plunging solitary wave and its interaction with a slender cylinder on a sloping beach, Ocean Engineering 74: 48-60.

Monaghan, J. J., Kos, A. and Issa, N. (2003), Fluid motion generated by impact, J. Waterway Port Coastal Ocean Eng. 129: 250-259.

Rezae, H., Ketabdari, M.J. (2012), Estimation of Breaking Solitary Wave Pressure on Moored Pontoon Floating Breakwaters Using VOF Method, J. Civil Engineering, 21(4): 111-22. (In Persian)

Shao, S.D., Ji, C., Graham, D.I., Reeve, D.E., James, P.W. and Chadwick, A.J.‌(2006). Simulation of wave overtopping by an incompressible SPH model, Coastal Engineering, 53(9): 723-735.

Yang, C., Huang, F., and Wan, D.-c. (2011). Numerical simulations of highly nonlinear steady and unsteady free surface flows, Journal of Hydrodynamics, Ser. B, 23(6): 683-696.