بررسي عددي توليد امواج نامنظم كاملا غيرخطي با استفاده از موج ساز باله اي

Numerical Investigation of Fully Nonlinear Irregular Wave Generation Using a Flap-Type Wavemaker

بررسي عددي تاثير امواج دريا بر سازه هاي دريايي و همچنين تجهيزات طراحي شده براي جذب انرژي امواج، نيازمند توليد موج مورد نظر با ويژگي هاي مشخص مي باشد. در اين پژوهش، يك روش عددي براي توليد امواج نامنظم كاملاً غير خطي با فرض جريان لزج با حل كامل معادلات ناوير استوكس ارائه شده است. براي اين منظور، براي مدلسازي حركت موج ساز باله اي در درون آب از روش حوزه حل مجازي و براي رديابي سطح آزاد سيال از روش نسبت حجمي سيال و همچنين براي ميرا كردن امواج بازگشتي از انتهاي حوزه حل، از روش افزايش ويسكوزيته سيال در اين ناحيه استفاده شده است. مدل عددي به كار گرفته شده در اين پژوهش بر مبناي روش حجم كنترل بوده و از روش گام زماني جزئي دو مرحله اي براي جداسازي معادلات پيوستگي و مومنتوم استفاده شده است. در ابتدا پيشينه ي پژوهشي روش هاي مختلف توليد امواج به صورت عددي مورد بررسي قرار گرفته و در گام بعدي، براي نشان دادن قابليت هاي روش عددي توسعه يافته، سه موج با ارتفاع و تيزي متفاوت مدلسازي شده است. نتايج نشان مي دهد كه روش عددي مورد استفاده به خوبي مي تواند امواج نامنظم مختلف خطي تا كاملا غير خطي با تيزي زياد را مدلسازي كند. علاوه بر اين مي توان با استفاده از روش ارائه شده، امواج مورد نظر در آب هاي كم عمق و عميق را با دقت خوبي مدلسازي كرد.

Numerical investigations of the effects of ocean water waves on the structures and also the devices designed to capture energy from waves, mainly require proper generation of desired water waves with Specific features. In this study, a numerical method for generation of nonlinear irregular waves is proposed for viscous flow simulations based on Navier-Stokes equations. The numerical method is based on a control-volume approach where a two-step projection method is used to solve the governing equations. In this regard, the motion of the flap-type wavemaker inside the water is simulated using the fast-fictitious domain method, the VOF method is used to capture the free surface evolutions and highviscosity regions are employed to damp the reflecting waves. First, various methods of wave generation for the numerical wave tanks, available in the literature, are reviewed and next, three waves with different wave steepness are simulated to demonstrate the capabilities of the proposed method. Results show that the method can effectively produce irregular waves, from linear waves up to the steep nonlinear ones. Furthermore, shallow to deep water waves can be generated with reasonable accuracy using the proposed method.