عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی دوبعدی در قائم اندرکنش سیال با موج‌شکن متخلخل
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران-سازه های دریایی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1781;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57810
- تاریخ دفاع
- ۱۶ اسفند ۱۳۹۱
- دانشجو
- نیکتا ایروانی
- استاد راهنما
- مسعود منتظری نمین
- چکیده
- امروزه در سراسر جهان بسیاری از سازه‌هایی که برای محافظت سواحل و بنادر ساخته می‌شوند، متخلخل هستند. این سازه‌ها با انعکاس یا استهلاک انرژی امواج، شرایطی مناسب برای محافظت و بهره‌برداری از سواحل را فراهم می‌سازند. برای بهبود عملکرد هیدرولیکی سازه‌های متخلخل می‌‌بایست انعکاس را به حداقل و استهلاک را به حداکثر رساند. با ورود موج به سازه متخلخل پارامترهای اصلی موج دستخوش تغییر می‌شوند، لذا شناخت هرچه بیشتر پدیده اندرکنش موج با محیط متخلخل مهندسان را در طراحی یک سازه بهینه تواناتر می‌سازد. با وجود تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده است، هنوز مسئله استهلاک موج و انعکاس آن توسط سازه متخلخل به طور کامل روشن نشده است. در این پایان‌نامه، مدلی عددی برای شبیه‌سازی اندرکنش موج با محیط متخلخل در فضای دوبعدی قائم به زبان فرترن ارائه شده است. شبکه‌ای با ساختار جابه‌جا شده و در مختصات کارتزین به کار رفته است. معادلات حاکم بر مسئله معادلات ناویر استوکس است. از روش حجم محدود برای حل این معادلات بهره گرفته شده است. معادلات با استفاده از روش تفکیک زمانی گسسته شده‌اند. برای حل معادله جابه‌جایی از روش و برای حل معادله پخش از روش از روش ضمنی مرتبه دوم کرنک نیکلسون استفاده شده است. معادله پواسون با استفاده از یک روش ضمنی بدون نیاز به تکرار حل شده است. برای مدلسازی آَشفتگی، روش اسماگورینسکی به کار رفته است. سطح آزاد آب با استفاده از روش مدلسازی شده است. برای حل معادله جابه‌جایی برای تابع روش یانگ استفاده شده است. محیط متخلخل با وارد کردن تخلخل و نیروهای دراگ و انیرسی در معادلات ناویراستوکس مدل شده است. جهت صحت‌سنجی مدل از آزمون‌های متداول استفاده شده است. از جمله آن‌ها می‌توان به مخروط گوسی، آزمون انتشار موج، شکست سد و موج ایستا اشاره کرد. نتایج به دست آمده عملکرد صحیح برنامه را تایید کرد. پس از حصول اطمینان از صحت مدل عددی، اندرکنش موج با دیوار متخلخل قائم مدلسازی گردید. . پس از آن اندرکنش موج با موج‌شکن متخلخل مورد بررسی قرار گرفت. اثر پارامترهای سازه‌ای بر عملکرد سازه و همچنین تغییرات ارتفاع، سرعت و فشار موج درون محیط متخلخل مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج به دست آمده از مدل با نتایج آزمایشگاهی و تحلیلی همخوانی دارد.
- Abstract
- Many coastal structures used for harbour securing and shore protection all over the world are porous. These structures provide protection by reflecting and dissipating wave energy. In order to improve the hydraulic efficiency of porous structures, reflection must be minimized and dissipation maximized. The mechanism of wave energy dissipation and reflection due to the interaction with porous structure is not yet clearly understood. Being able to model the interaction in a numerical manner can be a great help to better engineering designs. In the present thesis, a numerical method has been developed in FORTRAN which is capable of modelling the wave interaction with porous structure in tow dimensional vertical plane. The governing equations are Navier-Stokes equations for incompressible fluid. A volume of fluid method has been used for discreting the equations on a staggered grid. The equations are solved using time splitting method. The advection and diffusion terms are solved using the Fromm and Crank-Nicolson methods respectively. By combining continuity equation and remaining parts of momentum equation, Poisson equation is formed which is then solved using an implicit non-iterative method. Smagorisky’s turbulent model has been used. The free surface is traced using VOF method. By inserting geometric properties and fluid resistance to the Navier-Stokes equations, the mass and momentum equations for porous media were derived and used. Numerical tests were done to investigate the model’s validity. The results were satisfying. Then the model was used to simulate wave interaction with porous seawall and submerged breakwater. The effects of structure width and porosity on wave’s height, velocity and pressure were investigated. The numerical results were consistent with available experimental results.
