مطالعه عددی عملکرد شمع‌های ساده در تضعیف امواج ساحلی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب دانشگاه شهرکرد

2 گروه مهندسی آب، دانشگاه شهرکرد

3 سازه‌های هیدرولیکی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه امیر‌کبیر

چکیده

یکی از راهکارهایی که برای حفاظت از سواحل وجود دارد استفاده از موج‌شکن‌های شمعی است. موج‌شکن شمعی ساده همچون موانع صلب استوانه‌ای است. در این پژوهش با در نظر گرفتن شمع‌های ساده در ساحل ، به بررسی اثر آن‌ها بر امواج با مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار اپن فوم پرداخته شد. برای مدل‌سازی آشفتگیِ جریان از روش متوسط گیری رینولدز از معادلات ناویر-استوکس (RANS) و مدل k-ω,SST استفاده شد. 15 مدل در حالات با و بدون حضور شمع‌ها برای 3 ارتفاع متفاوت موج ورودی انجام شد. شمع‌ها دارای قطر 9/0 و ارتفاع 32 سانتی‌متر بوده و در عرض‌های 30 و 60 سانتی‌متر و فواصل 5×5 و 15×15 سانتی‌متر و با چیدمان زیگزاکی قرارداده شدند. طبق نتایج در همه‌ مدل‌های با شمع به میزان متوسط 16/75 درصد افزایش استهلاک نیروی امواج و 88/62 درصد کاهش ضریب انتقال انرژی امواج نسبت به حالت بدون شمع‌ صورت گرفته است. در عرض محدوده یکسان و فاصله‌ی ثابت میان شمع‌ها در مدل‌هایی که ارتفاع موج ورودی‌شان بیش‌تر است نیروی بیش‌تری نیز جذب می‌شود اما ضریب انتقال انرژی افزایش یافته است. در عرض و ارتفاع موج ورودی یکسان با کاهش فواصل شمع‌ها از 15×15 به 5×5 جذب نیرو افزایش و ضریب انتقال انرژی کاهش یافته است.

نتایج حاصل با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شد. نزدیک‌ترین نتیجه برای نیرو موج را مدل‌های با عرض 60 و فواصل 5×5 با جذر میانگین مربعات خطای نرمال 15/0 و ضریب همبستگی 96/0 به مدل آزمایشگاهی داشته‌اند که بیانگر دقت خوب مدل عددی و عملکرد مناسب نرم‌افزار اپن فوم در مدل‌سازی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Effect of Simple Piles on the Coastal Waves Dissipation

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Ghasemi Pirbalouti 1
  • elham ghanbari adivi 1
  • Rohollah Fatahi 2
  • Nariman Mehranfar 3
1 Department of Water science
2 Department of Water science
3 Hydraulic Structures, Faculty of Engineering, Amirkabir University
چکیده [English]

One of the ways to protect beaches is to use pile breakwater. Simple pile breakwater are like rigid cylindrical obstacles. In this study, considering the simple piles on the coast with constant slope, their effects on waves were investigated by numerical modeling in OpenFOAM software. In line with flow turbulence modeling, Reynolds average method of Navier-Stokes equations (RANS) and k-ω,SST models were used. 15 models were performed in scenarios with and without piles for 3 different heights of input wave. The piles had a diameter of 0.9 cm and a height of 32 cm and were contracted at widths of 30 and 60 cm and distances of 5×5 and 15×15 cm and with staggered layout. According to the results, in all models with piles, the power of waves and the reduction of wave energy transfer coefficient compared to the state without piles have been done. At the same width and distances, the piles have attracted more power by increasing the height of the wave, but the energy transfer coefficient has increased. In the same width and height of the entry wave, by reducing the distances of piles from 15×15 to 5×5, the absorption of force increased and the wave energy transfer coefficient decreased. The results were compared with laboratory data. The closest results for wave force were models with width of 60 and distances of 5×5 with the mean square root of normal error of 0.15 and correlation coefficient 0.96 to the laboratory model,

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wave energy
  • Coast protection
  • Numerical modeling
  • Pile breakwater
  • Open Foam software

مراجع

سررشته داری، ع.و واردی، س.ر. ۱۳۹۱. مدل‌سازی جریان سیالات و انتقال حرارت با استفاده از نرم‌افزار OpenFOAM. انتشارات دانشگاه صنعتی شاهرود.  
قنبری عدیوی، ا. و فتحی­مقدم، م. 1394. تأثیر پوشش گیاهی بر میزان ضریب کشش گروهی درختان و مقاومت پوشش در مقابل امواج ساحلی. مجله علمی کشاورزی علوم و مهندسی آبیاری، دوره 38، شماره 2، ص 112-103.
کریمی، ب. 1396. شبیه­سازی عددی جریان عبوری از موانع با استفاده از مدل کد منبع باز اپن فوم. پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب. دانشکده مهندسی زراعی و عمران روستایی. دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان.
ولی پور، ح. شمس، غ. قنبری عدیوی، ا. 1401. بررسی میزان نیروهای ناشی از امواج منفرد بر دیوارهای ساحلی با استفاده از نرم­افزار OpenFOAM. نشریه مهندسی دریا، سال هجدهم، شماره 36، ص 93-79.
میرزاخانی، گ. ۱۳۹۹. بررسی آزمایشگاهی تأثیر پوشش گیاهی صلب بر الگوی جریان و انتقال رسوب در خط ساحلی. پایان‌نامه کارشناسی ارشد مهندسی آب. دانشکده کشاورزی. دانشگاه شهرکرد. ایران.
Arcas, D. and Wei Y. 2011. Evaluation of velocity-related approximations in the nonlinear shallow water equations for the Kuril Islands, 2006 tsunami event at Honolulu, Hawaii. Geophysical Research Letters. 38, L12608.
Fuhrman, D.R. and Madsen, P.A. 2009. Tsunami generation, propagation, and run-up with a high-order Boussinesq model.Coastal Engineering,56: 747–758.
Huang, Z. and Yuan, Z. 2010. Transmission of solitary waves through slotted barriers: A laboratory study with analysis by a long wave approximation. Journal of Hydro-environment Research, 3: 179–185.
. Liu, H., Ghidaoui, M.S., Huang, Z., Yuan, Z. and Wang, J. 2011. Numerical investigation of the interactions between solitary waves and pile breakwaters using BGK-based methods. Computers & Mathematics with Applications, Volume 61, Issue 12: 3668-3677.
. Isaacson, M., Premasiri, S. and Yang, G. 1998. Wave interactions with vertical slotted barrier. Journal of Waterway. Coastal,and Ocean Engineering,124: 118–126.
Jalil-Masir, H., fattahi, R., ghanbari-Adivi, E. and Asadi-Aghbolaghi, M. 2021. Effects of different forest cover configurations on reducing the solitary wave-induced total sediment transport in coastal areas: An experimental study. Journal Elsevier. Ocean Enginrrring, 235(1), 109350.
. Jiang, C., Yao, Y., Deng, Y. and Deng, B. 2015. Numerical investigation of solitary wave interaction with a row of vertical slotted piles. Journal of Coastal Research, 31(6): 1502-1511.‌
Jiang, C., Liu, X., Yao, Y. and Deng, B. 2019. Numerical investigation of solitary wave interaction with a row of vertical slotted piles on a sloping beach. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 11(1): 530-541.‌
14.Kakuno, S. and Liu, P.F. 1993. Scattering of water waves by vertical cylinders. Journal of Waterway. Coastal, and Ocean Engineering,119: 302–322.
 Lara, J. L., Higuera, P., Guanche R. and Losada I.J. 2013. Wave Interaction with piled structures: Application with IH-FOAM. Proceedings of the 32nd International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (Nantes, France, ASME), OMAE 2013-11479.
Lou, S., Chen, M., Ma, G., Liu, S. and Zhong, G. 2018. Laboratory study of the effect of vertically varying vegetation density on waves, currents and wave-current interactions. Applied Ocean Research,79:74–87.
Menter Florian, R. 1992. Influence of Freestream Values on K-Omega Turbulence Model Predictions. AIAA journal 30, no. 6: 1657-59.
Mo, W., Irschik, K., Oumeraci, H. and Liu, P. L.-F. 2007. A 3D numerical model for computing non-breaking wave forces on slender piles. Journal of Engineering Mathematics, 58:19–30.
Mo, W. and Liu, P.L.-F. 2009. Three dimensional numerical simulations for non-breaking solitary wave interacting with a group of slender vertical cylinders. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 1: 20–28.
Nandasena, N.A.K., Sasaki, Y. and Tanaka, N. 2012. Modeling field observations of the 2011 Great East Japan tsunami: efficacy of artificial and natural structures on tsunami mitigation. Coast Eng, 67:1–13.
Pope, S. 2000. Turbulent Flows.univercity of Cambridge.United Kingdom
Tannehill, J.C., Anderson, D.A. and Pletcher, R.H. 1997. Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, Second Edition, Taylor and Francis Group, Washington, DC.
Tang, J., Shena, Y., Causon, D.M., Qian, L. and Mingham C.G. 2017. Numerical study  of periodic long wave run-up on a rigid vegetation sloping Beach. Coastal  Engineering,121,158–166.
Wang, Y., Yin, Z. and Liu, Y. 2019.  Numerical study of solitary wave interaction with a vegetated platform. Ocean Engineering ,192.1065612.
. Xiao, H. and Huang, W. 2014. Three-dimensional numerical modeling of solitary wave breaking and force on a cylinder pile in a coastal surf zone. Journal of Engineering Mechanics,141. A401400
 
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار