Αποτελεσματικός σχεδιασμός πλωτών κυματοθραυστών
Creators: name: Κόφτης, Θεοχάρης Κ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2006
Subjects: Μειωτήρας κυματισμών
Εξισώσεις RANS
Τυρβώδεις ροή
Wave barrier
RANS equations
Turbulence

description: Σκοπός της διατριβής είναι η αναλυτική διερεύνηση των στοιχείων ροής γύρω από σταθερό Πλωτό Κυματοθραύστη, (ΠΚ), καθώς και η εξέταση όλων των παραμέτρων που σχετίζονται με την απαοτελεσματικότητά του. Για το σκοπό αυτό εφαρμόζεται ένα μαθηματικό μοντέλο επίλυσης των εξισώσεων Reynolds Averaged navier Stokes(RANS) στο οποίο θεωρούνται οι σύνθετες διεργασίες της ανάπτυξης στροβίλων, της επίδρασης του ιξώδους, αλλά και της ανάπτυξης τύρβης. Πέρα από τις παραμέτρους των γεωμετρικών χαρακτηριστικών όπως το βύθισμα, dr και το πλάτος, W, της κατασκευής, εξετάζεται η επίδραση της κυματικής υπερπήδησης στην αποτελεσματικότητα του ΠΚ. Στη συνέχεια με βάση τα συνολικά αποτελέσματα εξάγεται εμπειρική σχέση που συνδέει τους συντελεστές διάδοσης, ανάκλασης και σκέδασης της κυματικής ενέργειας, Ct, Cr και Cd με τις παραμέτρους αυτές ώστε να είναι δυνατή η εκτίμηση της επιχειρησιακής λειτουργίας ενός σταθερού ΠΚ. Για την πληρέστερη αντιμετώπιση του σύνθετου προβλήματος της κυματικής υπερπήδησης του ΠΚ, διεξήχθησαν πειράματα στο Εργαστήριο Υδραυλικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών Α.Π.Θ., τα αποτελέσματα των οποίων συγκρίνονται με την αριθμητική διερεύνηση του φαινομένου. Γίνεται ανάλυση του λεπτομερούς διδιάστατου πεδίου κυκλοφορίας στην περιοχή γύρω από την κατασκευή, με στόχο την εξέταση του μηχανισμού ανάπτυξης στροβίλων στις παρειές του σώματος, καθώς και την επίδραση των τυρβωδών μεγεθών. Επιπρόσθετα εξετάζονται και εναλλακτικές μορφές ΠΚ, όπως αυτές του διπλού ΠΚ, του τραπεζοειδούς διατομής ΠΚ, του τύπου Catamaran, με στόχο τη βελτιστοποίηση της επιχειρησιακής λειτουργίας ενός ΠΚ όσον αφορά τη μείωση του διαδιδόμενου κύματος
description: The purpose of the doctoral thesis is the extended analysis of the flow around a Floating Breakwater, (FB), fixed on the free surface, and the investigation of the parameters that are related with the structure's efficiency. Such a study requires a numerical model that accounts for complicated hydrodynamics mechanisms that are developed near the structure, such as viscous and turbulence effects, vorticity generation. For this reason, a Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) solver is used in the numerical part of the thesis. The efficiency of the FB is evaluated through the calculation of the hydrodynamic coefficients, the transmission, reflection and dissipation coefficients, Ct, Cr and Cd respectively. The effects of the structure parameters, such as the draught, dr and the width, W, of the FB and the wave parameters, wavelength, L and wave steepness, Hi/L as well as the wave overtopping, on the efficiency of the FB are investigated. The effect of an attached plate at the seaward side of the FB on the efficiency of the structure is also investigated. Also an empirical formula that relates the hydrodynamic coefficients Ct, Cr and Cd with the above parameters is developed for operational reasons. In addition to the numerical investigation, an experimental study of the effect of wave overtopping on the hydrodynamic field and the efficiency of a fixed FB is performed in the wave flume of the Laboratory of Hydraulics, Department of Civil Engineering, Aristotle University of Thessaloniki. Measurements of the free surface and overtopping variation are performed by applying video image processing on video recorded data obtained by High Definition (HD) video cameras. Wave height measurements, free surface variation at several locations landward and above the deck of the FB together with the variation of Ct, Cr and Cd are compared against the numerical results, and an analysis of the detailed velocity field in the vicinity of the structure is performed. Finally, the efficiency of various types of FBs, alternative to the typical box pontoon, is investigated. The FBs examined, under regular monochromatic waves, are a double FB, a catamaran FB and a trapezoid with inclined faces of 45o. Detailed hydrodynamic characteristics such as velocity, turbulent kinetic energy and vorticity are also considered for improving the design of structures