مدل‌سازي آزمايشگاهي و عددي پيشروي و شكست موج بر روي موج‌شكن مستغرق نفوذناپذير

Experimental and Numerical Modeling of Propagation and Wave Breaking over Impermeable Submerged Breakwater

-در این مقاله به بررسی آزمایشگاهی پیشروی و شكست موج منظم پریودیك بر روی موج شكن مستغرق ذوزنقه‌ای نفوذناپذیر پرداخته شده است. آزمایش‌های مورد نظر در فلوم موج آزمایشگاه مهندسی سواحل دانشگاه گریفیث استرالیا انجام شده است. همچنین در ادامه از یك مدل عددی لاگرانژی بدون شبكه، به نام مدل هیدرودینامیك ذرات هموار نسبتاً تراكم‌پذیر (WCSPH) برای شبیه‌سازی پیشروی موج منظم بر روی موج‌شكن مستغرق نفوذناپذیر استفاده شده است. این مدل، دو بعدی بوده و سیال را به صورت كمی تراكم‌پذیر در نظر می‌گیرد و علاوه بر حل معادلات حاكم بر سیال لزج برای بدست آوردن میدان سرعت و چگالی، از حل معادله حالت برای بدست آوردن فشار استفاده می‌كند. این مسئله باعث كاهش حجم محاسبات نسبت به روش پایه مدل هیدرودینامیك ذرات هموار می‌شود. برای شبیه‌سازی آشفتگی سیال در روند پیشروی و شكست موج بر روی موج‌شكن مستغرق نفوذناپذیر، از مدل آشفتگی SPS كه بوسیله تئوری شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES)  بدست آمده، استفاده شده است.  در تحقیق حاضر، برای بررسی دقت مدل در شبیه‌سازی پیشروی موج منظم بر روی موج‌شكن مستغرق نفوذناپذیر، نتایج مدل عددی حاضر با نتایج آزمایشگاهی حاضر مورد مقایسه قرار گرفته است. همچنین نتایج مدل عددی حاضر با نتایج مدل عددی Rambabu و Mani (2005) مورد مقایسه قرار گرفت،كه  نتایج مدل عددی حاضر از تطابق بهتری با نتایج آزمایشگاهی برخوردار بود. نتایج این تحقیق نشان داد كه مدل عددی تهیه شده، ابزاری قوی برای شبیه‌سازی پیشروی موج بر روی موج‌شكن مستغرق می‌باشد. 

In this research, the wave propagation and periodic wave breaking process over an impermeable submerged breakwater is studied experimentally and numerically. Laboratory experiments were conducted in the hydraulics laboratory, school of engineering, Griffith University Gold Coast Campus. For the current study, deployed a space-averaged Navier–Stokes approach and laboratory experiments to investigate the time-dependent wave breaking processes are. The developed model is based on the smoothed particle hydrodynamic (SPH) method which is a pure Lagrangian approach and can handle large deformations of the free surface with high accuracy. Then, a weakly compressible version of the smoothed particle hydrodynamics (WCSPH) method together with a large eddy simulation (LES) approach are used to simulate the wave propagation and periodic wave breaking process over an impermeable submerged breakwater. The results of numerical simulations were compared qualitatively with those of laboratory experiments. Overall, good agreement was found between them. Also, the results of present numerical model were compared with the numerical model of Rambabo and Mani (2005). The results show, that WCSPH computations produce better results than those of Rambabo and Mani (2005), with respect to the experimental data. The results of this study also show that WCSPH method provides a useful tool to investigate the wave propagation over submerged breakwaters.