مدلسازي عددي اندركنش موج با ديوار متخلخل ساحلي در فضاي دوبعدي در قايم

Numerical Simulation of Wave Interaction with Porous Seawall in Two Dimensional Vertical Plane

يك مدل عددي ضمني حجم محدود براي شبيه‌سازي اندركنش موج با ديوارمتخلخل قايم ساحلي درفضاي دوبعدي قايم ارايه شده است. اين مدل معادلات كامل ناويراستوكس را در دو گام حل مي‌كند. ابتدا ترم فشار از معادلات مومنتوم حذف شده و معادلات جابه‌جايي و پخش حاصل، حل مي‌شوند. در گام دوم معادلات پيوستگي و مومنتوم فقط با ترم فشار حل مي‌شوند. در اين گام يك دستگاه از معادلات بلوكي سه قطري به دست مي‌آيد كه در آن مقادير فشار مجهول هستند. از يك روش مستقيم براي محاسبه مجهولات بدون نياز به تكرار استفاده شده است. سطح آزاد آب با استفاده از روش حجم سيال دنبال شده است. محيط متخلخل با وارد كردن نيروهاي دراگ و اينرسي در معادلات ناويراستوكس مدل شده است. با مقايسه نتايج مدل با نتايج آزمايشگاهي صحت مدل ارزيابي شده است. بررسي نقش تخلخل و عرض ديوار در افزايش استهلاك انرژي موج با استفاده از مدل عددي نشان مي‌دهد كه محدوده‌اي بهينه براي عرض ديوار و ميزان تخلخل آن وجود دارد كه باعث حداكثر شدن استهلاك موج مي‌شود.

An implicit finite volume model is developed to simulate wave interaction with a vertical porous seawall in two-dimensional vertical plane. The algorithm solves the complete Navier–Stokes equations in two steps. First the pressure term in the momentum equations is excluded and the resultant advection–diffusion equations are solved. In the second step the continuity and the momentum equations with only the pressure terms are solved to give a block tri-diagonal system of equations with pressure as the unknown. A direct matrix solver is used to solve this system without iteration. The free surface is traced with VOF method. The porous media is modeled by including drag and inertia forces in Navier-Stokes equations. A set of comparisons between computed results and measured data confirmed the model’s validation. Investigating the role of porosity and width of the structure in increasing energy dissipation through numerical tests show that an optimum value of structure width and porosity exists that can maximize the wave energy dissipation.