مجله علوم و فنون دریایی

مجله علوم و فنون دریایی

مدل‌سازی عددی تأثیر موانع استوانه‌ای بر امواج ساحلی با استفاده از نرم‌افزار اپن فوم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.
2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران.
چکیده
یکی از تکنیک‌های حفاظت ساحلی استفاده از انواع موج‌شکن‌هاست. هدف این پژوهش بررسی اثر موج‌شکن‌های شمعی بر امواج ساحلی است. در این پژوهش با در نظر گرفتن موانع استوانه‌ای صلب در ساحل با شیب ثابت، به بررسی تأثیر زبری ناشی از آن‌ها بر الگوی جریان و امواج با مدل‌سازی عددی در نرم‌افزار OpenFOAM پرداخته شد. روش مورداستفاده در مدل‌سازی جریان روش RANS و مدل k-ω,SST است. مدل‌سازی‌ها در دو حالت با و بدون حضور موانع برای 3 ارتفاع متفاوت موج ورودی انجام شد. موانع صلب استوانه‌ای دارای قطر 9/0 و ارتفاع 32 سانتی‌متر بوده و در طول و عرض 45 سانتی‌متر و فواصل 15×15 سانتی‌متر و با چیدمان زیگزاکی قراردادِه شدند. در هر سه ارتفاع موج، وجود موانع به میزان زیادی باعث استهلاک نیروی امواج نسبت به حالت بدون مانع شده است. با ارتفاع موج 6، 9 و 12 سانتی‌متر موانع به ترتیب 47.17 ، 68.68 و 76.42 درصد بیش‌تر از حالت بدون مانع نیروی موج را مستهلک کرده‌اند. با افزایش ارتفاع موج، موانع نیروی بیش‌تری را جذب کرده‌اند. در ارتفاع موج 12 سانتی‌متر موانع نسبت به ارتفاع موج 9 و 6 سانتی‌متر به ترتیب 32.35 و 72.45(نسبت بدون بعد نیرو) درصد نیروی بیش‌تری را جذب کرده‌اند. در بحث میرایی امواج در حالات با مانع نسبت به حالات بدون مانع، توانایی موانع در کاهش ارتفاع موج و میرایی آن به‌طور متوسط 20.88 درصد بوده است. نتایج حاصل با داده‌های آزمایشگاهی مقایسه شد. میزان نیروی جذب‌شده برای ارتفاع موج 6، 9 و 12 سانتی‌متر در مدل عددی به ترتیب 17.14، 4.23 و 7.86 درصد با مدل آزمایشگاهی اختلاف دارد، همچنین جذر میانگین مربعات خطای نرمال 0.07 و ضریب همبستگی 0.99 به دست آمد که بیانگر تطابق دو مدل عددی و آزمایشگاهی و عملکرد مناسب نرم‌افزار اپن فوم در مدل‌سازی است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


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. https://doi.org/10.1029/2011GL047083.
Fuhrman, D.R. and Madsen, P.A., 2009. Tsunami generation, propagation, and run-up with a high-order Boussinesq model. Coastal Engineering, 56, pp. 747–758. https://doi.org/10.1016/j. coastaleng.2009.02.004.
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, pp. 179–185. https://doi.org/10.1 016/j.jher.2009.10.009.
Isaacson, M., Premasiri, S. and Yang, G., 1998. Wave interactions with vertical slotted barrier. Journal of Waterway. Coastal, and Ocean Engineering, 124, pp. 118–126. https://doi. org/10.1061/(ASCE)0733950X(1998)124:3 (118).
Jalil-Masir, H., Fattahi, R., Ghanbari-Adivi, E. and Aghbolaghi, M.A., 2021. Effects of different forest cover configurations on reducing the solitary wave-induced total sediment transport in coastal areas: An experimental study. Ocean Engineering, 235, p.109350. https://doi.org/10. 1016/j.oceaneng.2021.109350.
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), pp.1502­–1511. https://doi.org/10.2112/JCOASTRES-D-14-00210.1.
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), pp.530-541. https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe. 2018.09.007.
Kakuno, S. and Liu, P.F., 1993. Scattering of water waves by vertical cylinders. Journal of Waterway. Coastal, and Ocean Engineering, 119, pp. 302–322. https://doi.org/10.1061/ (ASCE)0733-950X(1993)119:3(302).
Karimi, B., 2018. Numerical simulation of flow through obstacles using open source model openFoam, Thesis, Ramin Agriculture and Natural Resource University of Khuzestan, Iran. 111p. https://ganj.irandoc.ac.ir/viewer/bf6128d 6f50ecef317d2ce0b555c6bb0. (In Persian).
Lara, J. L., Higuera, P., Guanche, R. and Losada, I.J., 2013. Wave Interaction with piled structures: Application with IH-FOAM. In 32th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (Nantes, France, ASME), OMAE ,11479. https://doi.org/10.1115/ OMAE2013-11479.
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. Ocean Research, 79, pp.74–87. https://doi.org/10.1016/j.apor.2 018.07.012.
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, pp.19–30. https://doi.org/10.1007/s10665-006-9094-6.
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, pp. 20–28. https://doi.org/10.2478/IJNAOE-2013-003.
Menter, Florian R., 1992. Influence of Freestream Values on K-Omega Turbulence Model Predictions. AIAA journal 30 (6), pp. 1657-59. https://doi.org/10.2514/3.11115.
Mirzakhani,G., 2020. Experimental Investigation of Rigid Vegetation Effect on the Flow Pattern and Sediment Transport in the Shoreline, Thesis, Shahrekord University, Iran. 117p. (In Persian).
https://ganj.irandoc.ac.ir/viewer/cd59a002c1b4892040f5606ee4eb7e52.
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, pp.1–13. https://doi.org/10.1016 /j.coastaleng.2012.03.009.
Pope,S., 2000. Turbulent Flows. univercity of Cambridge.United Kingdom. http://doi.org/10. 1017/CBO9780511840531
Qu, K., Lan, G.Y., Sun, W.Y., Jiang, C.B., Yao, Y., Wen, B.H., Xu, Y.Y. and Liu, T.W., 2021. Numerical study on wave attenuation of extreme waves by emergent rigid vegetation patch. Ocean Engineering239, p.109865. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2021.109865
Tannehill, J.C., Anderson, D.A., Pletcher, R.H., 1997. Computational Fluid Mechanics and  Heat Transfer, Second Edition, Taylor and Francis Group, Washington, DC. https://doi.org/10.1201 /9781351124027.
Valipour, H., Shams, G. and Ghanbari-Adivi, E., Investigating the Amount of Forces Caused by Solitary Waves on Coastal Walls Using OpenFOAM Software. Journal Of Marine Engineering, pp.79-93. http://dx.doi.org/10. 52547/marineeng.18.37.1. (In Persian).
Wang, Y., Yin, Z. and Liu, Y., 2019. Numerical study of solitary wave interaction with a vegetated platform. Ocean Engineering 192, 1065612. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng. 2019.106561.
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, A4014001. https://doi.org/10.1061/(ASCE)EM. 1943-7889.0000834.
Yin, M., Zhao, X., Luo, M. and Sun, H., 2021. Flow pattern and hydrodynamic parameters of pile breakwater under solitary wave using OpenFOAM. Ocean Engineering, 235, p.109381. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.20 21.109381.
دوره 23، شماره 3
تابستان 1403
صفحه 22-38

  • تاریخ دریافت 08 شهریور 1401
  • تاریخ بازنگری 27 آذر 1401
  • تاریخ پذیرش 03 دی 1401
  • تاریخ انتشار 01 مرداد 1403