بررسی تجربی ساختار جریان تک موج عبوری از روی یک مانع مستطیلی با استفاده از تکنیک PIV

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

3 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

یکی از روش­های حفاظت از سواحل، استفاده از موج­شکن­ها و موانع مغروق است. موج­شکن­ها با ایجاد جریان­های آشفته و گردابی باعث مستهلک شدن بخش اعظمی از انرژی موج می­شوند. در پژوهش حاضر با قرار دادن یک مانع مستطیلی در برابر تک موج، به تشکیل و گسترش گردابه­های ایجاد شده با استفاده از تکنیک PIV(Particle Image Velocimetry) پرداخته شده است. نتایج PIV نشان می­دهد با نزدیک شدن موج به مانع، به علت جدایش جریان، دو گردابه در اطراف لبه ابتدایی (1) و انتهایی (2) مانع تشکیل شده و با نزدیک­تر شدن موج به مانع، این گردابه­ها گسترش پیدا کرده و اندازه آن­ها بزرگ­تر می‌شوند. با رسیدن گردابه­ی تشکیل شده در لبه ابتدایی (1) مانع به انتهای مانع، دو گردابه با یکدیگر ترکیب شده و در نتیجه گردابه بزرگ­تری را تشکیل می‌دهند. در ادامه با استفاده از حسگرهای ارتفاع سنج موج، میزان کاهش ارتفاع موج قبل و بعد مانع اندازه­گیری شده و نتایج نشان می­دهد وجود مانع سبب کاهش 3% ارتفاع موج نسبت به حالت بدون مانع شده است. در نهایت، با محاسبه انتگرال فشار و شار اندازه حرکت از نتایج PIV حول مانع، میزان نیروی پسای وارد شده به مانع بدست می آید. 

کلیدواژه‌ها


[1] Ting  F. C., and Kim Y. K., Vortex generation in water waves propagating over a submerged obstacle, Coastal Engineering, Vol. 24, pp. 23-49, 1994.
[2] Ohyama T., Kioka W., and Tada A., Applicability of numerical models to nonlinear dispersive waves, Coastal Engineering, Vol. 24(3-4), pp. 297-313, 1995.
[3] Zhuang  F., and Lee J. J., A viscous rotational model for wave overtopping over marine structure, 25th Int Conf Coastal Eng ASCE, pp. 2178–2191, 1996.
[4] Tang  C. J., and Chang J. H., Flow separation during solitary wave passing over submerged obstacle, Journal of Hydraul Engineering, Vol. 124, pp. 742-749, 1998.
[5] Decheng  W., and Guoxiong W., Numerical simulation of a solitary wave interaction with submerged multi-bodies, Acta Mechanica Sinica, Vol. 14, issue. 4, pp. 297-305, 1998.[6] Huang  C. J., and Dong  C. M., On the interaction of a solitary wave and a submerged dike, Coastal Engineering, Vol. 43, pp. 265–286, 2001.
[7] Chang K. A., Hsu T. J., and Liu P. L., Vortex generation and evolution in water waves propagating over a submerged rectangular obstacle, Coastal Engineering, Vol. 44, pp. 13–36, 2001.
[8] Lin p., A numerical study of solitary wave interaction with rectangular obstacles, Coastal Engineering, Vol. 51, pp. 35–51, 2004.
[9] Chang K. A., Hsu T. J., and Liu P. L., Vortex generation and evolution in water waves propagating over a submerged rectangular obstacle part ІІ: Cnoidal waves, Coastal Engineering, Vol. 52, pp. 257–283, 2005.
[10] Pinto F. T., Regular water wave measurements near submerged breakwaters, Meas Sci Technol, vol. 16, pp. 1883-1888, 2005.
[11] Lin C., Chang  S. C., Ho T. C., and Chang K. A., Laboratory Observation of Solitary Wave Propagating over a Submerged Rectangular Dike, Journal of Engineering Mechanics, Vol. 132, No. 5, May 1, 2006.
[12] Lin  M. Y., and Huang L. H., Vortex shedding from a submerged rectangular obstacle attacked by a solitary wave, Journal of Fluid Mech, Vol. 651, pp. 503–518, 2010.
[13] Chang C. H., Tang C. T., and Lin C., Vortex generation and flow pattern development after a solitary wave passing over a bottom cavity, Computers and Fluids, Vol. 53, pp. 79–92, 2012.
[14] Wu  Y. T., Hsiao S. C., Huang Z. C., and Hwang K. S., Propagation of solitary waves over a bottom-mounted barrier, Coastal Engineering, Vol. 62, pp. 31–47, 2012.
[15] Xiao H., Huang W., Tao J., and Liu C., Numerical modeling of wave–current forces acting on horizontal cylinder of marine structures by VOF method, Ocean Engineering, Vol. 67, pp. 58–67, 2013.
[16] Mo W., Jensen A., and Liu P. L., Plunging solitary wave and its interaction with a slender cylinder on a sloping beach, Ocean Engineering, Vol. 74, pp. 48–60, 2013.
[17] Zhou Q., Zhan J. M., and Li Y. S., Numerical study of interaction between solitary wave and two submerged obstacles in tandem, Journal of Coastal Research, Vol. 30 (5), pp. 975-992, 2014.
(6)