25716

مطالعه عددي جريان چرخشي پايدار در مقابل موج شكن هاي قائم حفره دار

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران

1397

1400/08/29

عباس يگانه بختياري

مهندسي عمران

بر خلاف اغلب تحقيقات انجام شده بر روي موج شكن كيسوني حفره دار كه با بررسي اندركنش لحظه اي موج و موج شكن، عملكرد هيدروديناميكي سازه را در قالب پارامتر هاي ضريب انعكاس و انتقال گزارش كرده اند، در اين تحقيق، اندركنش ميدان امواج با موج شكن هاي كيسوني حفره دار با ديد بلند مدت تر و در قالب متوسط گيري شده در يك پريود موج بررسي شده است. از اين طريق، اثر وجود ديواره حفره دار بر هيدروديناميك امواج ايستا و الگوي جريان هاي چرخشي پايدار كه مكانيزم كليدي رخداد آبشستگي در مقابل موج شكن هاي كيسوني هستند، مورد مطالعه قرار گرفته است. براي شبيه سازي ميدان جريان ناشي از برخورد امواج به موج شكن كيسوني حفره دار، يك مدل حجم محدود دوبعدي بر اساس معادلات متوسط گيري شده ي ناوير-استوكس (RANS) به كمك نرم افزار FLOW-3D توسعه داده شد. در اين مدل، اثرات ميدان آشفتگي به كمك مدل k-ε مورد محاسبه قرار گرفت و تغييرات سطح آزاد نيز به كمك روش حجم سيال (VOF) شبيه سازي شد. در مرز ورودي يك مولد موج بر پايه روش سري هاي فوريه فنتون، وظيفه توليد و ارسال امواج به داخل محدوده محاسباتي را بر عهده داشت. به دليل رفتار مدل عددي دو بعدي با ديواره حفره دار به صورت يك ديواره متخلخل، امواج تابشي ناشكنا از اين ديواره عبور كردند. در مورد موج شكن كيسوني حفره دار با انتهاي بسته، به نظر مي رسد اولين شبه پادگره به جاي تشكيل بر روي ديواره حفره دار جلويي، بر روي ديواره قائم پشتي تشكيل شده كه اين مساله بر خلاف پيش فرض موجود در انجام مطالعات آزمايشگاهي يعني رخداد بازتابش موج از ديواره حفره دار جلويي بوده و منجر به ايجاد خطاي نسبي بالاتري در هنگام صحت سنجي مدل عددي شده است. در اين حالت وجود ديواره حفره دار، باعث شده تا بردارهاي سرعت تحت امواج شبه ايستاي تشكيل شده در مقابل موج شكن از الگويي متقارن پيروي نكنند. همچنين گردابه هاي كوچكتري در مجاورت ديواره حفره دار تشكيل شده اند كه وجود اين گردابه ها سبب كاهش عرض سلول چرخشي تشكيل شده در مجاورت ديواره قائم پشتي شده است. ضمن اين كه در فاصله L/2 تا 3L/4از ديواره قائم پشتي، سلول چرخشي رويت نشده است كه اين مساله مي تواند به بر هم خوردن تقارن ميدان سرعت تحت امواج شبه ايستا در نتيجه وجود ديواره حفره دار مربوط باشد. همچنين در مقابل موج شكن كيسوني حفره دار با انتهاي باز، با توجه به عبور امواج تابشي از ديواره حفره دار و عدم رخداد بازتاب، بر خلاف تصور، امواج شبه ايستا رويت نشدند.

1400/09/24

Numerical simulation on steady streaming in front of perforated vertical breakwaters

11/20/2022 12:00:00 AM

Unlike most researches on perforated caisson breakwaters which have reported the hydrodynamic performance of the structure in the form of reflection coefficient, transfer coefficient, etc, by examining the instantaneous interaction of the wave and the breakwater, In this study, the interaction of the wave field with perforated caisson breakwaters with longer duration and averaged over a wave period has been investigated. In this way, the effect of the presence of a perforated wall on the hydrodynamics of standing waves and the pattern steady streaming, which are the key mechanisms of scouring occurrence against caisson breakwaters, have been studied. To simulate the flow field caused by the interaction of incident waves with a perforated caisson breakwater, a two-dimensional finite volume model based on the RANS equations was developed using FLOW-3D software. In this model, the effects of the turbulence field were calculated using the k-ε model and the free surface changes were simulated using the VOF method. At the input boundary, a wave generator based on the Fenton Fourier series method was responsible for generating and sending waves into the computational domain. Due to the behavior of the two-dimensional numerical model with the perforated wall as a porous wall, incident waves passed through the perforated wall and it seems that the first quasi-antinode was formed on the back wall of the perforated breakwater. This is contrary to the assumptions of laboratory studies and has led to a higher relative error when validating the numerical model. The presence of a perforated front wall has caused the velocity vectors under the partially standing waves formed in front of the perforated caisson, not to follow a symmetrical pattern. Also, due to the pressure gradient created due to energy loss due to the presence of a perforated front wall the free surface level inside the chamber was increased. Smaller vortices were formed in the vicinity of the perforated wall. The presence of these vortices has reduced the width of the rotating cell formed in the vicinity of the vertical back wall. Also, at a distance of L/2 to 3L/4 from the vertical back wall, no rotating cell was observed, which could be related to the loss of velocity field symmetry under partially standing waves due to the presence of a perforated wall.

موج شكن كيسوني حفره دار , امواج شبه ايستا , جريان هاي چرخشي پايدار , FLOW-3D

perforated caisson breakwater , partially standing waves , Steady streaming , FLOW-3D