شبیه سازی عددی شکست امواج در مقابل دیواره ساحلی با استفاده از روش پروجکشن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکترای /هیدرولیک، دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار/ دانشگاه تربیت مدرس

3 استادیار/ دانشکده فنی دانشگاه تهران

4 کارشناس ارشد/دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

محیط‌های ساحلی به جهت حضور توام امواج و جریانات دریایی دارای ساختاری نسبتاً پیچیده هستند که این امر مانع حصول شناخت کافی پدیده‏ها در این ناحیه گردیده است.  توسعه مدل‏های عددی یکی از ابزارهای بسیار کارآمد جهت شبیه سازی پدیده‌های هیدرودینامیکی بوده  و بطور گسترده‌ای در حل مسائل دریایی کاربرد دارند. در تحقیق حاضر نیز به منظور شبیه سازی شرایط امواج و جریانات در مجاورت سواحل، با مد نظر قرار دادن پدیده شکست موج و در حضور دیواره ساحلی، نسبت به توسعه مدل عددی دو بعدی در قائم اقدام گردیده است. در مدل مزبور با انتخاب روشهای مناسب جهت منفصل‏سازی جملات انتقال و پخشیدگی و نیز با بکارگیری روش پروجکشن، معادلات دو بعدی در قائم ناویر استوکس به کمک روش عددی احجام محدود مورد حل قرار گرفته و ضمن بررسی دقت برخی از روشهای شناخته شده سطح آزاد، روش Young به منظور محاسبه شکل سطح آزاد محیط آبی انتخاب شده است. جهت اعمال اثرات آشفتگی جریان ، شبیه‏سازی دقیق این پدیده با استفاده از مدل استاندارد  در برنامه حاضر صورت گرفته که توانسته است نتایج قابل قبولی را در این زمینه به همراه داشته باشد. در پایان ضمن بررسی صحت نتایج حاصل از اجرای برنامه بر روی نمونه مسئله حل شده در تحقیقات قبلی، خروجی‌های مدل عددی مورد نظر، با اطلاعات برداشت شده از شبیه‏سازی آزمایشگاهی برای شرایط مشابه ایجاد شده در فلوم امواج مورد مقایسه قرار گرفته است که نتایج این مقایسه حکایت از همخوانی مناسب فیمابین خروجی‌های مدل عددی و اطلاعات برداشت شده از نمونه آزمایشگاهی دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical Simulation of Breaking Waves in Front of Seawalls Using Projection Method

نویسندگان [English]

  • M Riahi 1
  • H Khaleghi 2
  • M. M Namin 3
  • A H. Daloui 4
1 Ph. D. in Hydraulics, Tarbiyat Modarres University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Tarbiyat Modarres University, Tehran, Iran
3 Assistant Professor, Tehran University, Tehran, Iran
4 Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The complicated structure of the surf zone with a strong unsteadiness has prevented us to fully understand its internal structure. Numerical models are one of the best tools to study hydrodynamic phenomena in this zone. In this paper, a two-dimensional vertical (2DV) model is proposed to study breaking waves in front of seawalls. The numerical model consists of an unsteady hydrodynamic module in which the fully Navier-Stokes equations in vertical plain are solved using the projection method. Finite volume method is employed to discrete convection and diffusion terms of governing equations with Froum and Crank Nicolson methods, respectively. The free surface water is tracked by using the Young technique. Using standard  model to simulate turbulence effects showed reasonable results. Finally, the numerical results are compared with wave flume measurements for the same conditions. The result of the proposed model shows close agreement with experimental measurements in terms of surface elevations, horizontal and vertical velocity and flow pattern in front of the seawall.

 

کلیدواژه‌ها [English]

  • numerical simulation
  • projection method
  • finite volume method
  • Turbulence model
  • BREAKING WAVES
  • Seawalls
Chorin, A. J. (1968), "Numerical Solution of the Navier-Stokes Equation", Mathematics of Computation, 22, pp. 745-763.
Coastal Engineering Manual (1998), Part III, Chapter 3. "Cross-Shore Sediment Transport Processes", U.S. Army Corps of Engineers.
Hirt, C. W. and Nichols, B. D. (1981), "Volume of Fluid (VOF) Method for Dynamics of Free Boundaries", Journal of Computational Physics, 39, pp. 201-225.
Namin,  M. M. (2004), "A Fully Three -Dimensional non-Hydrostatic Free Surface Flow Model for Hydro-Environmental Predictions", Ph.D. Dissertation, Cardiff School of Engineering, Cardiff University.
Neshaei, M. A. L. (1997), "Beach Profile Evolution in Front of a Partially Reflective Structure". Ph.D. Dissertation, Imperial College, University of London.
Rakha, K. A., Deigaard, R. and Broker, I. (1998), "A Phase-Resolving Cross-Shore Sediment Transport Model for Beach Profile Evolution", Coastal Engineering, Vol. 31, pp. 231-261.
Rudman, M. (1997), "Volume-Tracking Methods for Interfacial Flow Calculations", International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 24, pp.671–691.
Yanenko, N. N. (1971), The Method of Fractional Step, Springer-Verlag.
Zhou, S. and McCorquodale, J. A. (1992). "Modeling of Rectangular Settling Tanks", Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 118, No. 10, pp. 1391-1404.