دانلود مقاله مدل سازی عددی موج و جریان و انتقال رسوب نزدیک ساحل

بخشی از مقاله

چکیده

امروز در مهندسی سازه های دریایی یکی از مهمترین مسائل، بررسی تغییر شکل خط ساحل و مورفولوژی اطراف سازه های ساحلی می باشد. هریک از سازه های نزدیک به ساحل تاثیر چشم گیری بر حالت طبیعی ساحل دارند که شناخت تاثیر این سازه ها بر ساحل می تواند به استفاده بهینه از این سازه ها در حفاظت ساحل کمک زیادی کند. برای این هدف مدل عددی DELFT3D به کار گرفته شده است. در این مقاله به اختصار به بررسی یکی از آزمایش هایی که در آزمایشگاه سواحل ارتش آمریکا انجام شده است خواهیم پرداخت و نتایج به دست آمده از مدل سازی DELFT3D را با نتایج آزمایشگاهی مقایسه خواهیم کرد. نتایج بدست آمده بیانگر این است که نرم افزار DELFT3D از دقت خوبی برای مدل سازی امواج، جریان ها و انتقال رسوب نزدیک به ساحل برخوردار است.

کلمات کلیدی: مدل های عددی ریاضی، جریان های نزدیک ساحل، انتقال رسوب، موج های تصادفی

مقدمه

شکست موج در ناحیه ی شکست باعث ایجاد آشفتگی و اغتشاش زیاد( ناشی از موج) می شود. این پدیده سبب بالا رفتن نرخ انتقال رسوب و در نتیجه سبب فرسایش در منطقه ساحلی می شود. فرسایش ساحلی یکی از مسائل مهم پیش روی انسان از گذشته تا به امروز بوده است. از عواملی که موجب شده فرسایش امری مهم تلقی گردند عبارت است از: (1) توسعه اقتصادی، (2)مسائل زیست محیطی، (3) ایمنی، و سایر موارد.

گروه Deltares یک نرم افزار کامپیوتری منحصر به فرد را برای محاسبات سه بعدی در ساحل ها و رودخانه ها و ... سازماندهی کرده است که می تواند محاسبات جریان ها، انتقال رسوب، موج ها و تغییرات مورفولوژی را انجام دهد.

برای صحت سنجی این نرم افزار سه مجموعه داده با کیفیت بالا از تاسیسات آزمایشگاهی در آزمایشگاهای سواحل و هیدرولیک میسیسیپی ایالات متحده آمریکا، به منظور توانایی سنجی مدل مورد استفاده قرار گرفته است.

توصیف مدل: -مدل جریان:

ماژول هیدرودینامیک نرم افزار DELFT3D که با نام DELFT3D-FLOW معرفی می شود یک نرم افزار کامپیوتری مناسب برای محاسبات سه بعدی در رودخانه ها و محیط های ساحلی است. مدل جریان توانایی شبیه سازی پدیده های مختلف شامل جریان های ناشی از موج و جریان های غیر هیدرواستاتیکی، انتقال مواد محلول در آب را دارد.

DELFT3D-FLOW شبیه سازی های دو بعدی متوسط گیری شده در عمق و یا سه بعدی را برای جریان ها انجام می دهد.

b,cr

معادلات ناویر استوکس برای سیال غیر قابل تراکم و برای آب های سطحی با فرض بوسینسک حل شده و همچنین از حل معادلات مومنتوم در راستای عمودی و همچنین معادلات پیوستگی به ترتیب معادلات فشار هیدرواستاتیکی و سرعت های عمودی بدست خواهد آمد. انتقال بار معلق رسوب نیز از معادلات انتشار((Advection-Diffiusion بدست خواهد آمد. برای اطلاع بیشتر از جزئیات این معادلات و فرآیند استخراج فرمول ها شما را به مطالعه راهنمای نرم افزار ارجاع می دهیم.

-مدل موج:

در نرم افزار DELFT3D برای شبیه سازی موج ها و موج های کوتاهی که توسط باد ایجاد می شوند، از سومین ورژن مدل SWAN استفاده شده است. این مدل به عنوان یک مدل استاندارد برای مدل کردن امواج نزدیک به ساحل و مطالعات محافظت از سواحل مشخص شده است. در مدل SWAN موج ها با طیف دو بعدی چگالی حرکت موج توصیف می شوند، حتی وقتی پدیده های غیر خطی چیره شوند نیز از این طیف استفاده می شود.

در محیط جغرافیایی ( N (x,t,, تغییرات چگالی حرکت موج را نشان می دهد. بردار x نشان دهنده مکان و t نشان دهنده زمان و  نشان دهنده فرکانس و  نشان دهنده جهت موج است. چگالی انرژی با ( E( , نمایش داده می شود که . N  E در سیستم مختصات کارتزین معادله تعادل و حرکت به صورت زیر نمایش داده می شود:
(1)
, Cy  Cg , y U y Cx  Cg ,x U x , Stot  CN  CN  CyN  CxN  N
   y x t

Cg ,x و Cg, y سرعت گروه موج در جهت X و Y است. Sto t جمله مندرج که شامل پدیده های مختلفی مثل شکست موج،
اتلاف انرژی ناشی از اصطکاک کف و وزش باد می باشد. برای اطلاعات بیشتر خوانندگان محترم را به مطالعه راهنمای مدل SWAN ارجاع می دهیم.