نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

2 دانشیار، دانشکده فنی و مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

3 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

چکیده

موجشکن های شمعی از جمله موجشکن های باز هستند که تبعات زیست محیطی کمتری نسبت به شکل مرسوم موجشکن ها (موجشکن های توده سنگی) دارند. در این تحقیق برای بررسی رفتار موج شکن شمعی در برابر امواج از روش های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، استفاده شده است. در تحقیق حاضر مدل پایه مربعی شکل مورد آزمایش در نرم افزار دینامیک سیالاتی شبیه سازی شده است. نتایج عددی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه و صحت سنجی گردیده است. در ادامه مدل نه پایه ای موجشکن شمعی با مقاطع دایره ای و مربعی مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این مدل تأثیر شکل و جهت گیری مقطع پایه موج شکن بر پارامتر ضریب بازتاب موج بررسی گردیده است. با توجه به روابط ارائه شده برای تک پایه مربعی، زاویه قرارگیری پایه های موجشکن در برابر امواج نامنظم به منظور بهبود کارایی موجشکن شمعی مورد ارزیابی قرار داده شده است. در طی این مقاله زوایای بهینه قرارگیری گروه پایه های مربعی (17=ψ، 15=ζ و 12=ψ، 10=ζ) در برابر امواج پیشنهاد گردیده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که عملکرد مدل موجشکن مورد مطالعه با مقطع مربعی برای پایه های موجشکن در بهترین حالت آن در قیاس با سایر حالات موجشکن، حداکثر 33 درصد و حداقل 7 درصد عملکرد بیشتری در بازتاب امواج دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Evaluation of Pile Geometric Characteristics Effect on Pile Breakwater Performance under Sea Waves Loading via Physical Models and Numerical Solution

نویسندگان [English]

  • m shokatian 1
  • alireza mojtahedi 2
  • H Ahmadi 3

1 university of tabriz

2 university oftabriz

3 university of tabriz

چکیده [English]

Pile breakwaters are the type of slotted breakwaters that decrease the wave effect on coastal areas but do not entirely stop the wave activity by transmitting just a certain ratio of the wave energy. Pile breakwaters have less environmental consequences than the conventional type of breakwaters (Rubble mound breakwaters). In this study, the numerical simulations of pile breakwater and wave interaction are carried out by Computational Fluid Dynamics (CFD) methods and compared and validated with gathered laboratory data. In this paper, a model of pile breakwaters with nine piles imposed on regular and irregular wave attack is simulated and investigated via using CFD software. The main goal of this paper is to investigate the effect of piles shape and orientation on the wave reflection coefficient. According to proposed equations for wave reflection coefficient of the mono pile with square cross section and various Orientation against wave, the angle of attack waves is evaluated in order to improve the efficiency and performance of the pile breakwaters. Based on the reflection coefficient equations proposed in this paper, the angles ψ=12° and ζ=10° or ψ=17° and ζ=15° of piles against wave are proposed as the optimum angles. Results demonstrate the piles with square cross section which are in optimum condition have maximum 33 percent and at least 7 percent larger reflection than other conditions in the considered pile breakwater model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pile Breakwaters
  • Wave Reflection Coefficient
  • Computational fluid dynamics

[1] Wiegel, R. L., “Closely Spaced Piles as a Breakwater”, Berkeley: University of California, Hydraulic Engineering Laboratory, Wave Research Projects, pp.1-8, 1961.

[2] Grüne, J.,  Kohlhase, S. “Wave Transmission Through Vertical Slotted Walls”, Proceedings of 14th Coastal Engineering Conference, Copenhagen, Denmark, 1974.

[3] Park, W. S., Kim, B., Suh, K., Lee, K., “Irregular Wave Scattering by Cylinder Breakwaters”, Korea-China Conference. on Port and Coastal Eng., Seoul, Korea. 2000.

[4] Abdul Khader, M. H., Rai, S. P. “Wave Attenuation Due to Closely Spaced Circular Cylinders”, Proceedings of the International Association for Hydraulic Research, XIX Congress, New Delhi, India. 1981.

[5] Mani, J. S. “Wave Damping Characteristics of Pile Breakwaters”, Proceedings of 3rd Conference on Dock and Harbour Engineering, India. 1989.

[6] Ahmed, H., Schlenkhoff, A., “Numerical Investigation of Wave Interaction with Double Vertical Slotted Walls”,  World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Environmental, Ecological, Geological and Mining Engineering, Vol.8, pp.536-543, 2014.

[7] Dentale, F., Donnarumma, G., Carratelli, P. E. “Numerical Wave Interaction with Tetrapods Breakwater”, International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol.6, pp.2092-6782, 2014.

[8] Hayashi, T., Kano, T., “Hydraulic Research on the Closely Space Pile Breakwater”, Proceedings of 10th Coastal Engineering Conference, ASCE, New York, USA. 1966.

[9] Yagci, O., Kirca, V.S.O., Kabdasli, M.S., Celik, A.O., Unal, N.E., Aydingakko, A., “An Experimental Model Application of Wavescreen: Dynamic Pressure, Water Particle Velocity, and Wave Measurements”, Coastal Engineering, Vol.33, pp.1299–1321, 2006.

[10] Sundar, V., Subbarao, B.V.V., “Hydrodynamic Performance Characteristics of Quadrant Front Face Pile Supported Breakwater”, Journal of Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol.129, No.1, pp.22-33, 2003.

[11] Subba, R., Rao, N.B.S., Sathyanarayana, V.S., “Laboratory Investigation on Wave Transmission Through two Rows of Perforated Hollow Piles”, Ocean Engineering, Vol.26, No.7, pp.675-699, 1999.

[12] Zhu, D., “Hydrodynamic Characteristics of a Single-Row Pile Breakwater”, Coastal Engineering, Vol.58, No.5, pp.446–451, 2011.

[13] Suh, K.D., Jung, H.Y., Pyun, C.K., “Wave Reflection and Transmission by Curtain Wall-Pile Breakwaters using Circular Piles”, Journal of Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol.34, No.14-15, pp.2100-2106, 2007.

[14] Isaacson, M., Premasiro, S., Yang, G., “Wave Interaction with Vertical Slotted Barrier”, Journal Waterway, Port, Coastal and Ocean Eng, Vol.124, No.3, pp.118-126, 1998.

[15] Isaacson, M., Baldwim, J., Premasiro, S., Yang, G., “Wave Interaction with Double Slotted Barriers”, Journal Applied Ocean Research, Vol.21, No.2, pp.81-91, 1999.

[16] Kakuno, S., Liu, P.L.F., “Scattering of Water Waves by Vertical Cylinders”, Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering, ASCE, Vol.119, No.3, pp.302-322, 1993.

[17] Herbich, J.B., “Wave Transmission Through a Double-Row Pile Breakwater”, Proceedings of 21st Coastal Engineering Conference, ASCE, Chapter 165, Torremolinos, Spain, 1989.

[18] Suh, K.D, Shin, S., Cox, D.T., “Hydrodynamic Characteristics of Pile-Supported Vertical Wall Breakwaters”, Journal of Waterways, Port, Coastal and Ocean Engineering, Vol.132, No.2, pp.83-96, 2006.

[19] Zhu, D.T., Xie, Y.f., “Hydrodynamic Characteristics of Offshore and Pile Breakwaters”, Ocean Engineering, Vol.104, pp.257-265, 2015.

[20] Lotfollahi Yaghin, M.A., Mojtahedi, A., Aminfar, M.H., “Physical Model Studies and System Identification of Hydrodynamics Around a Vertical Square-Section Cylinder in Irregular Sea Waves”, Ocean Engineering Vol.55, pp.10-22, 2012.

[21] Hughes, S.A., “Physical Models and Laboratory Techniques in Coastal Engineering”, Singapore: World Scientific, pp.216-222. 1993.

[22] Chakrabarti, S.K., “Offshore Structure Modeling”, Singapore: World scientific, pp.40-50, 1994.

[23] Flow Science Inc, “FLOW-3D Theory Manual”, Release 10.1.0. 2012.

[24] محمودی، ا؛ حکیم­زاده، ح؛ کتابداری، م، ج؛ واقفی، م.، مدل‌سازی آزمایشگاهی و عددی پیشروی و شکست موج بر روی موج شکن مستغرق نفوذناپذیر، نشریه هیدرولیک، سال یازدهم، شماره 3، صفحه 33-45، پاییز 1395.

[25] قاسمی، ع؛ شفیعی­فر، م؛ پناهی، ر.، مدل­سازی عددی روگذری موج از موج­شکن توده سنگی با در نظر گرفتن اثر تخلخل، نشریه مهندسی دریا، سال یازدهم، شماره 22، صفحه 51-60، پاییز و زمستان 1394.

[26] Chakrabarti, S.K., “Hydrodynamics of Off-shore Structure”, Southampton: Computational Mechanics, Springer Verlag, 1987.

[27] Mansard, E.P.D., Funke E.R., “The Measurement of Incident Waves and Reflected S/pectra using a Least Square Method”, Proceedings of 17th Coastal Engineering Conference, pp.1-7, 1980.