بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
مروري بر مطالعات انجام شده بر موج شکن شناور در ايران
چکيده
ضريب انتقال موج در موج شکن شناور مهمترين پارامتر تعيين کننده ي کارايي آن است . در اين مقاله مروري بر تحقيقاتي که تا کنون بر روي موج شکن شناور در ايران انجام شده ، آمده است . براي ارزيابي هر يک از تحقيقات انجام شده تأثير شاخصه هايي همچون مشخصات فيزيکي موج شکن مانند عرض سازه ، آبخور سازه ، فاصله بين پانتونها در نوع کاتاماران ، آرايش مهارها و همچنين شرايط هيدروديناميکي مانند نوع ارتفاع و پريود موج برخوردي و طيف موج بر روي ضريب عبور موج شکن بررسي شده است . در نهايت نتيجه گيري ها و جمع بندي اين تحقيق راه آينده طرح و اجرا يا مطالعات بيشتر در اين زمينه را نشان مي دهد.
واژه هاي کليدي: موج شکن شناور، مشخصات فيزيکي، نيروهاي محيطي، ضريب عبور موج
١- مقدمه
انرژي امواج دريا در ترازهاي سطحي آب حداکثر است . امواج در ستون آب به سمت کف دريا مستهلک ميشوند بطوريکه حداکثر عمـق نفوذ نصف طول موج است . ساخت موج شکن هاي ثابت و سنتي نياز به داشتن بستري پايدار دارد. لذا در سواحل با بستر سست ، موج شکن هاي شناور به عنوان يک جانشين مناسب براي موج شکن هاي متداول مطرح مي شوند. ضريب انتقال موج در مـوج شـکن شـناور مهمتـرين پارامتر تعيين کننده ي کارايي آن است . جابجايي سازه شناور مبين رفتار دينـاميکي موجشـکن در مقابـل امـواج دريـا اسـت . از آنجـايي کـه حرکات موج شکن شناور به وسيله ي مهارهايش کنترل مي شود، بررسي دقيق اين مورد از اهميت ويـژه اي در مطالعـات برخـوردار اسـت .
مهمترين عوامل تأثيرگذار در طراحي اين سازه شناور، استهلاک امواج برخوردي براي فراهم نمودن آرامش لازم در حوضچه و هزينه هـاي ساخت ، اجرا و نگهداري آن ها هستند.
٢- مطالعات انجام شده
يزدان دوست و همکاران (١٣٧٧) به بررسي ضريب انتقال موج در موج شکن هاي شناور تحت چهار مشخصه ي : عرض سـازه ، آبخـور سازه ، پريود غالب موج و ارتفاع غالب در شرايط امواج نامنظم بصورت آزمايشي پرداختند [١]. نتـايج نشـان داد کـه بـا افـزايش عـرض سازه و آبخور سازه ، ضريب انتقال کاهش و با افزايش پريود موج ، ضريب انتقال افزايش مي يابد. مطالعـات بيشـتر نشـان داد کـه ارتفـاع موج در پريودهاي ثابت تأثير چنداني در ضريب انتقال موج ندارد. در طول موج هاي حدود ١٠ برابـر عـرض سـازه ، ضـريب انتقـالي در حدود يک بدست آمد و در پريودهاي ٤ ثانيه و بالاتر ضريب انتقال سريعاً افزايش پيدا کرد و به يک نزديک شد.
علي ياري و همکاران (١٣٨٦) به بررسي تأثير مشخصه ي آبخور موج شکن شـناور پـانتوني تـک بـر نيروهـاي مهـار بـا اسـتفاده از مـدل آزمايشگاهي پرداختند[٢]. نتايج نشان داد که با افزايش آبخور، نيروهاي مهار در سمت ساحل و سمت دريا به صورت خطي افزاش مي يابند.
اما نيروهاي مهار در سمت دريا بيشتر از سمت ساحل است . همچنين نيروهاي مهار با افزايش کـه در روابـط زيـر تعريـف شـده انـد افزايش يافته و اين روند افزايشي به صورت خطي صورت مي گيرد.
در اين روابط H s ارتفاع موج مشخصه ، h g فاصله مرکز جرم موجشکن از لبه بالايي آن ، Δ چگالي نسبي چوب ، Tm پريود منوسط موج و g شـتاب ثقـل زمين است .
رضايي مزيک و همکاران (١٣٩٠) به مطالعه عددي ضريب عبور موج در موج شکن هاي شناور پانتوني و کاتاماران تحت مشخصه هاي اثر پريود موج برخوردي و فاصله بين پانتون ها پرداختند[٣]. در اين تحقيق از پارامتر T0 براي نشان دادن تغييرات ضريب عبور موج اسـتفاده گرديده است . نتايج نشان داد که عملکرد موج شکن کاتاماران بر فاصله پانتون ها وابسته است . از طرفي با افزايش پريـود مـوج برخـوردي، عملکرد موج شکن شناور کاهش مي يابد. و همچنين T0 مي تواند يک پارامتر مناسب براي بررسي عملکرد موج شکن شناور باشد.
در اين رابطه TO و H O از روابط ١ و ٢ و ct ضريب عبور موج از موجشکن شناور است کلاهدوزان و همکاران (١٣٩٢) به مدلسازي عددي تنش هاي ايجاد شده در تحت مشخصه ي اثر موج برخوردي بـه مـوج شـکن هـاي شناور پرداختند[٤]. آنها براي نخستين بار مدلسازي تنش هاي نرمال و برشي ايجاد شده در موج شکن شناور در اثـر برخـورد امـواج بـا دوره تناوب و ارتفاع هاي مختلف را انجام دادند. پس از محاسبه نيروي ناشي از برخـورد امـواج توسـط مـاژول AQWA ، نتـايج را وارد مـاژول Ansys Mechanical کرده و تحليل تنش توسط اين ماژول انجام گرفت . آن ها دريافتند که بيشترين تنش هاي ايجاد شده در موج شکن در اثر برخورد امواج ، تحت موجي رخ مي دهد که پريودي برابر با يکي از پريودهاي طبيعي سازه داشـته باشـد. همچنـين بيشـينه تـنش هـاي نرمال و برشي در محل عبور موج از زير موج شکن ، که محل قرارگيري باله ها به منظور افزايش عمق ابخور سازه است اتفاق مي افتد.
نقوي و لطف اللهي يقين (١٣٩١) به بررسي تأثير مشخصه ي آرايش مهارهاي مـوج شـکن شـناور پـانتوني بـر روي ضـريب عبـور مـوج پرداختند[٥]. در اين تحقيق از مدلسازي عددي با استفاده از نرم افزار انسيس آکوا استفاده شد. براي يافتن تأثير آرايش مهارهاي موج شـکن شناور بر روي ضريب عبور موج ، سه نوع مهاربندي استفاده گرديد. نتايج نشان داد که آرايش مهارها تأثير چنـداني در ميـزان ضـريب عبـور موج از موج شکن شناور پانتوني ندارند.
دلاور و همکاران (١٣٨٨) به کاربرد شبکه هاي عصبي مصنوعي جهت برآورد ميزان ضرايب انتقال و انعکاس موج شکن شناور پـانتوني پرداختند[٦]. آنها ازمايشاتي در فلوم موج و با طيف پيرسون موسکويچ انجام دادند. مدل رياضي شبکه عصبي مصنوعي به کار رفتـه در نـوع پرسپترون چند لايه (MLP) بوده و الگوريتم پس انتشار خطا (BP) براي آموزش شبکه مورد استفاده قرار گرفته است . بررسي عمومي نتايج نشان داد که قابليت روش شبکه هاي عصبي مصنوعي جهت پيش بيني ضرايب انتقال و انعکاس مناسب است . با بررسي توابع انتقال مختلف ، ملاحظه گرديد که مناسب ترين تابع انتقال براي کاربرد ساختار شبکه عصبي مصنوعي جهت برآورد ضرايب انتقـال و انعکـاس مـوج شـکن شناور پانتوني ، تابع انتقال سيگمو ييدي دو قطبي است . شبکه با دو لايه مياني (پنهان ) که در لايه اول شـامل ١٠ گـره و در لايـه دوم شـامل ٢ گره محاسباتي باشد، نسبت به ساختارهاي ديگر ارجحيت دارد.
لطف اللهي يقين و نقوي (١٣٩١) به بررسي تأثير مشخصه هاي مختلف هيدروديناميکي نظير پريود ، ارتفاع و تيزي موج تابشي طيفي بـر روي ضريب عبور موج در موج شکن شناور پانتوني پرداختند[٧]. در اين تحقيـق از مدلسـازي عـددي و از بسـته نـرم افـزاري انسـيس آکـوا استفاده گرديد. آن ها دريافتند که به ازاي يک ارتفاع موج برخوردي ، با افزايش پريود، ارتفاع موج عبوري افـزايش مـي يابـد. همچنـين بـه ازاي پريود ثابت با تغيير تيزي موج ناشي از تغيير فقط در ارتفاع موج ضريب عبور موج تغيير چنداني نمي کند. از طرفـي بـا افـزايش تنـدي موج ناشي لز کاهش پريود موج با ارتفاع ثابت موج برخوردي ، ضريب عبور کاهش پيدا مـي کنـد. در نهايـت بـا مقايسـه ي دو طيـف جـان سواپ و پيرسون موسکويچ مشخص شد که ميزان ضريب عبور در اين دو طيف تفاوت چنداني ندارند.
مطالعه عددي عملگرهاي دامنه حرکتي (RAO'S) تحت مشخصه ي فرکانس موج برخوردي توسط نجفي جيلاني و همکـاران (١٣٩٠) انجام گرديد[٨]. براي اين شبيه سازي از نرم افزار انسيس آکوا استفاده شد. آنها دريافتند کـه بـراي سـازه هـاي شـناور هـر چـه پريـود مـوج برخوردي بزرگ تر باشد حرکت هاي جانبي سازه در مقابل حرکت هاي قائم و غلتش عرضي افزايش مي يابد. در پريودهاي بالا (حدود ٤-
٥ ثانيه ) حرکت موج شکن شناور با حرکت موج هماهنگ مـي گـردد. همچنـين بـراي بررسـي عملگرهـاي حرکتـي مـوج شـکن شـناور در جابجايي عرضي و قائم و غلتش عرضي موج برخوردي به صورت عمود بر سازه مدنظر قرار گرفت و از اثر زاويه مـوج برخـوردي صـرفنظر شد.
طباطبايي و همکاران (١٣٩٠) به آناليز هيدروديناميکي موج شکن شناور به روش المان محـدود پرداختنـد[٩]. ايـن تحقيـق در حالـت دو بعدي ، تحت اثر امواج منظم و در حوزه ي فرکانس انجام شد. جهت شبيه سازي کدي با زبان برنامه نويسي متلب نوشته شد. نتايج نشـان داد که روش عددي المان محدود را مي توان با دقت بسيار خوبي بـراي تحليـل عملکـرد مـوج شـکن شـناور مـورد اسـتفاده قـرار داد. همچنـين محدوده اي از محيط مدلسازي بايد حداقل به اندازه يک طول موج در هر فرکانس باشد وگرنه خطا زياد خواهد بود. در نهايت اندازه شبکه ها مخصوصاً در سطح آزاد آب بايد عددي بين ٢.٥ تا ٥ درصد طول موج در هـر فرکـانس باشـد. اگـر بزرگتـر از ايـن در نظـر گرفتـه شـود خطاهاي زيادي را شامل مي شود.
فروزنده و همکاران (١٣٩٠) به بررسي آزمايشگاهي تأثير مشخصه هايي همچون آبخور، جرم و ارتفاع تيغه موج شکن شناور پانتوني تيغه دار بر ميزان ضرايب انتقال و بازتاب در معـرض امـواج نـامنظم پرداختنـد[١٠]. ايـن آزمـايش در فلـوم مـوج پژوهشـکده حفاظـت خـاک و آبخيزداري و توسط طيف جان سواپ انجام شد. از سه مدل با عرض يکسان و آبخورهاي متفـاوت و نيـز سـه مـدل بـا آبخورهـاي متفـاوت استفاده گرديد. مشخص شد که با افزايش آبخور سازه ضريب انتقال کاهش مي يابد اما ضريب بازتاب يکسـان بـاقي مـي مانـد. همچنـين بـا افزايش ارتفاع تيغه ضريب انتقال کاهش يافته و ضريب بازتاب افزايش پيدا مي کند. تأثير جرم سازه در راندمان آن مؤثرتر از آبخـور اسـت .
در نهايت با افزايش ارتفاع موج ، حرکات سازه شديدتر و مهارها کشيده تر و به صورت صلب در مقابل امواج عمل مي کنند و به همين دليل راندمان موج شکن افزايش پيدا مي کند. اما براي ارتفاع موج هاي بالا و براي مدل هـاي بـا آبخـور زيـاد افـزايش ارتفـاع مـوج بـه صـورت معکوس باعث کاهش راندمان موج شکن مي شود. سرريزي در اين مدل ها بيشتر بوده و سمت ديگر سازه به علت سريزي امواج متلاطم مي شود.
تمجيديان و کتابداري (١٣٨٥) به تحليل ديناميکي حرکات موج شکن شناور تحت اثر ضربه امـواج در حـال شکسـت و مشخصـه هـايي همچون پريود موج برخوردي ، آرايش مهارها و شکل مقطع مـوج شـکن پرداختنـد [١١]. در برنامـه ي نوشـته شـده توسـط آن هـا ارتفـاع و فرکانس موج ، مشخصات هندسي ، تنوع آرايش مهارهاي سازه ، زمان تداوم ضـربه مـوج و زمـان ارتعـاش سـازه بـه عنـوان ورودي و توزيـع حرکات سه گانه شناور و نيروي وارد بر مهارهاي به عنوان خروجي مدل بود. نتايج آن ها نشان داد که فشار و نيروي امواج در حال شکست وارد بر جرم سازه شناور بسيار بيشتر از فشار امواج شکسته و يا نشکسته است . همچنين مشخص شد که در آناليزها و طراحي ها گرچه اغلـب زمان اعمال بار ضربه ( td ) ثابت فرض مي شود اما در واقع اين زمان کسري از پريود مـوج اسـت و چنانچـه ايـن مـورد ناديـده گرفتـه شـود
