مدل‌سازی عددی سه بعدی برخورد موج تنها به سازه و شکست چرخان موج

نیروی موج، مهمترین نیروی وارد بر سازه‌های دریایی است و شدیدترین نیروها را، موج در حال شکست، بر سازه وارد می‌کند. در شکست موج، آشفتگی و اختلاط شدید، ایجاد می‌شود. و تحلیل آن، کاری دشوار و پیچیده‌ای است. در مقاله‌ی حاضر، ابتدا بصورت عددی، یک موج تنها ایجاد گردیده و سپس شکست چرخان موج تنها روی سطح شیب‌دار شبیه‌سازی شده است. در مدل‌سازی عددی اخیر از روش حجم محدود و مدل دو فازی حجم سیال برای مدل‌سازی سطح آزاد استفاده شده است. شبیه‌سازی در حالت غیردائم و با استفاده از مدل توربولانسی kw sst انجام گرفته است. معادلات موج نیز کدنویسی شده‌اند. شکل سطح آزاد آب از نظر کمی و کیفی انطباق خوبی با نتایج تحلیلی و آزمایشگاهی دارد و در مراحل مختلف شکست موج، یعنی شروع شکست موج، برخورد نوک موج به زمین، تشکیل جت آب و شکست مجدد آن، تطابق نسبتاً خوبی با تست آزمایشگاهی وجود دارد. در ادامه این مقاله، مدل‌سازی عددی سه‌بعدی برخورد موج تنها، با یک ستون صلب در دو حالت شکست و بدون شکست موج انجام پذیرفته است. نتایج عددی این مدل‌سازی از لحاظ مقدار نیروی برخورد، از اعتبار خوبی برخوردارند.

Numerical modeling of 3D solitary wave impact to structure and plunging wave breaker

The wave impact is the most important force to the marine structures. Breaking waves makes the most severe forces to the marine structure. Due to the turbulence and strong mixing behavior of the breaking waves, its analysis is difficult and complicated. In this paper, first a solitary wave is numerically modeled. Then the propagating of the solitary wave plunging breaker is simulated on the slope beach. The finite volume method and the twophase VOF model have been implemented for freesurface modeling. The simulation was performed in an unsteadystate. Furthermore the kw SST turbulence model was applied. The shape of the free surface of water is quantitatively and qualitatively in good agreement with analytical and experimental results. All of the different stages of wave breaking including the beginning, the tipwave collision to the bed, the jet of water formation and its further breaking, are relatively in good agreement with the experimental tests. Finally, threedimensional simulations of a solitary wave impact to a rigid column have been performed. These simulations were separately implemented for two states of breaking and without wave breaking. The results showed good agreement with experimental data.