Skip to main content
SUPERVISOR
Nili ahmadabadi Mehdi,Mohamad Reza Tavakoli nejad
مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما) محمدرضا توکلی نژاد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ashkan Ghafari
اشکان غفاری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation of the Effect of Altitude and the Distance between two Submerged Cube Shaped Obstacles in a Water Solitary Wave on the Flow Field and Free Surface Profile using Numerical Method and PIV Technique
Protection of the coasts against the wave damages is a topic of widespread interest among the researchers and marine engineers. One of the methods to protect the coasts is implementation of the breakwaters or submerged obstacles. Breakwaters dissipate a great part of wave’s energy by inducing the turbulent currents. In the present research, effects of the height and relative distance of two rectangular barriers on the flow field and free surface profile, in case of a solitary wave passing above them, by both experimental and numerical methods. In the experimental procedure, white light scanning technique is used to investigate the free surface profile and identify the wave height and PIV technique is implemented in order to study the flow field and the created vortexes. In order to do so, 2 upright placed barriers with rectangular cross section of 12 cm height and 8 cm lenght, and 30 cm width in canal’s path direction are installed in relative distances of 4, 8, and 16 centimeters in a 6 m length water canal with a height of 0.6 m and a width of 0.3 m. Then the aforementioned parameters are measured for a solitary wave passing above the barriers. A piston-type wave maker is used in order to create the solitary wave. In the numerical procedure, simulations are done in the ANSYS Fluent software by using the finite volume method and volume of fluid multiphase model. Laminar flow model and two turbulence models k-? and LES, were investigated and their results are compared with experimental results. The results of this comparison indicate that the results of the laminar flow and LES model are consistent with the experimental results. Results show that while increasing the relative distance between the barriers, the wave height declination increases for distances up to 12 cm and decreases for higher distances up to 20 cm. Moreover, as a result of the barriers being close to the water surface, the solitary wave breaks when passing the barriers and the magnitude of this break increases as the barriers relative distance is extended. The aforementioned wave break and resulting water flux into the canal create a counter-clockwise vortex behind the second barrier. Study of the drag coefficient showed that as the barrier heights are raised, the drag coefficient on the two barriers demonstrate an increase. This coefficient reaches its maximum value as the wave approaches the barrier, then decreases after the wave passes the barriers, and in some cases reaches negative values, and finally approaches zero. Also the presence of a second barrier causes the drag coefficient to arrive at the first barrier to negative values. Keywords: Solitary Wave, Vortex, White Light technique, PIV technique
حفاظت از سواحل در برابر امواج، امروزه به صورت گسترده ای مورد توجه محققان و مهندسین دریا قرار گرفته است. استفاده از موج‌شکن ها و موانع مغروق در آب، یکی از روش های حفاظت از سواحل است. موج شکن ها با ایجاد جریان های آشفته باعث مستهلک شدن بخش زیادی از انرژی موج می شوند. در پژوهش حاضر به بررسی اثر ارتفاع و فاصله دو مانع مستطیلی بر روی ساختار جریان و پروفیل سطح آزاد آب هنگام عبور یک تک موج از روی آن ها، در دو بخش تجربی و عددی پرداخته شده است. در بخش تجربی از تکنیک نور سفید جهت آشکارسازی پروفیل سطح آزاد و یافتن ارتفاع موج و از تکنیک PIV جهت بررسی میدان جریان و گردابه های ایجاد شده، استفاده شده است. به همین منظور دو مانع به ارتفاع 12، طول 8 و عرض 30 سانتی متر در فاصله های 4، 8 و 16 سانتی متر از یکدیگر در کانال آب دارای 6 متر طول، 6/0 متر ارتفاع و 3/0 متر عرض، نصب و پارامترهای نام برده در اثر عبور تک موج از روی آن ها به‌دست آمده است؛ همچنین در این بخش یک موج ساز پیستونی جهت تولید تک موج به کار رفته است. در بخش عددی، شبیه‌سازی ها در نرم افزار انسیس فلوئنت با استفاده از روش حجم محدود و به صورت دو فازی کسر حجم سیال انجام شده است. مدل جریان آرام به همراه دو مدل آشفتگی K-? و LES مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج آن ها با نتایج تجربی مقایسه شده است. نتایج این مقایسه بیانگر انطباق خوب نتایج مدل آرام و LES با نتایج تجربی است. نتایج به دست آمده نشان می دهد با افزایش فاصله بین دو مانع تا 12 سانتی متر میزان کاهش ارتفاع موج، افزایش یافته و با افزایش بیشتر فاصله بین آن دو تا 20 سانتی متر این مقدار، کاهش می یابد. همچنین به علت نزدیک بودن موانع به سطح آب، تک موج در هنگام عبور از موانع دچار شکست می شود و شدت این شکست با افزایش ارتفاع دو مانع افزایش می یابد و نیز این شکست و ریزش آب به درون کانال باعث ایجاد یک گردابه پادساعتگرد پشت مانع دوم می شود. همچنین در اثر عبور موج از روی دو مانع دو گردابه ساعتگرد نیز در بین دو مانع و پشت مانع دوم ایجاد می شود. با بررسی ضریب درگ مشاهده شد ضریب درگ وارده به دو مانع نیز با افزایش ارتفاع دو مانع افزایش می یابد، این ضریب با نزدیک شدن موج به مانع افزایش یافته به مقدار بیشینه خود رسیده و پس از عبور موج از موانع کاهش یافته و در مواردی به مقادیر منفی نیز می رسد و در انتها به صفر میل می کند. همچنین حضور مانع دوم باعث می شود ضریب درگ وارد شده به مانع اول به مقادیر منفی برسد. کلمات کلیدی : تک موج، گردابه، تکنیک نور سفید، تکنیک PIV

ارتقاء امنیت وب با وف بومی