Взаємодія гравітаційних хвиль з проникним хвилеломом

Автор(и)

  • І.Т. Селезов Доктор фізико-математичних наук, професор, провідний науковий співробітник відділу гідродинаміки хвильових та руслових потоків Інституту гідромеханіки НАН України, Київ, Ukraine
  • В.А. Воскобійник Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач відділу гідродинаміки хвильових та руслових потоків Інституту гідромеханіки НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0003-2161-6923
  • О.А. Воскобойник Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник відділу технічної гідромеханіки Інституту гідромеханіки НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8114-4433
  • А.Г. Харченко Головний інженер-електрик відділу гідродинаміки хвильових та руслових потоків Інституту гідромеханіки НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-5832-7714
  • А.В. Воскобійник Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник, старший науковий співробітник відділу гідробіоніки та керування примежовим шаром Інституту гідромеханіки НАН України, Київ, Ukraine https://orcid.org/0000-0001-8045-8625

DOI:

https://doi.org/10.32347/2411-4049.2022.2.96-111

Ключові слова:

гравітаційна хвиля, проникний хвилелом, чисельне моделювання, експериментальні дослідження, датчики висоти хвиль, відбиті та проникні хвилі, дисипація хвильової енергії

Анотація

Розроблена та викладена методика розрахунку параметрів гравітаційних хвиль, які взаємодіють з вертикальними проникними хвилеломами, на базі потенційної теорії. Хвильовий рух рідини описується потенціалом швидкостей, який задовольняє рівнянню Лапласа. Визначена форма хвильової поверхні та компоненти вектора швидкості. Проведено чисельний аналіз впливу проникності вертикальної стінки на адсорбцію хвильової енергії. Проаналізовано розповсюдження поверхневих гравітаційних хвиль у лінійній постановці задач у каналі з вертикальною проникною перешкодою. Наведено залежність коефіцієнта відбиття хвилі як функцію коефіцієнта проходження хвилі у відповідності до закону збереження енергії. Проведено експериментальні дослідження з визначення особливостей гідродинамічної взаємодії морських хвиль і берегозахисних споруд проникного типу. Експерименти проводилися в лабораторних умовах в хвильовому каналі з моделями вертикальних щілинних стінок різної проникливості. Візуальні та інструментальні дослідження показали особливості взаємодії хвильового поля з проникними хвилеломами, формування відбитих та проникних через хвилелом хвиль. Встановлено, що вертикальні щілинні стінки залежно від проникності суттєво впливають на хвильове поле, генерують відбиті хвилі та хвилі, що проходять хвилелом, а також призводять до значної дисипації хвильової енергії. Наведені залежності коефіцієнтів відбиття та проходження хвилі, а також коефіцієнта дисипації хвильової енергії залежно від проникності щілинного хвилелому та відносної глибини акваторії. Показано, що зі збільшенням проникності хвилелому коефіцієнт відбиття хвилі зменшувався, а коефіцієнт проходження хвилі навпаки збільшувався. Виявлено, що коефіцієнт відбиття хвилі збільшувався зі збільшенням відносної глибини, а коефіцієнт проходження хвилі навпаки зменшувався. Коефіцієнт дисипації хвильової енергії мав максимальне значення, яке спостерігалося для більшої проникності хвилелому, коли відносна глибина в порівнянні з довжиною хвилі збільшувалася.

Посилання

Sundar, V., Sannasiraj, S.A., Sriram, V., & Nowbuth, M.D. (Eds.) (2021). Proceedings of the Fifth International Conference in Ocean Engineering (ICOE2019), Lecture Notes in Civil Engineering 106. Springer Nature Singapore Pte Ltd. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-15-8506-7

Mors’ka doktryna Ukraine na period do 2035. (2020). Postanova Kabinety Ministriv Ukraine vid 18 grudnya 2018 r. № 1108 (Іz zminamy, vnesenymy zgidno z Postanovoyu KM № 1023 vid 28.10.2020) [In Ukrainian].

Eaton, M.J., Johnson, F.A., Mikels-Carrasco, J., et al. (2021). Cape Romain Partnership for Coastal Protection. U.S. Geological Survey Open-File Report 2021–1021. doi: https://doi.org/10.3133/ofr20211021

Voskoboinick, V., Khomitsky, V., Voskoboinyk, O., Tereshchenko, L., & Voskoboinick, A. (2021). Wave loads on protective dam of the Marine channel of the Danube-Black sea. Hydro-environment Research, 35(3), 1-12. doi: https://doi.org/10.1016/j.jher.2021.01.003

Alkhalidi, M., Alanjari, N., & Neelamani, S. (2020). Wave interaction with single and twin vertical and sloped slotted walls. J. Mar. Sci. Eng., 8, 589-1-23. doi: https://doi.org/10.3390/jmse8080589

Selezov, I.T., Kryvonos, Yu.G., & Gandzha, I.S. (Eds.) (2018). Wave propagation and diffraction. Mathematical methods and applications. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-981-10-4923-1

Khimich, A.N., Selezov, I.T., & Sydoruk, V.A. (2020). Simulation of elastic wave diffraction by a sphere in semibounded region. Reports (Dohovidi) of NAS of Ukraine, 10, 22-27. doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.10.022

Poguluri, S.K., & Cho, I.H. (2021). Wave dissipation over a horizontal slotted plate with a leeside vertical seawall: analytical and numerical approaches. Coastal Engineering J., 63(1), 52-67. doi: https://doi.org/10.1080/21664250.2020.1850396

Choopanizade, M.J., Bakhtiari, M., & Rostami, M. (2020). Wave transmission through the perforated half-depth block-made wall breakwater: An experimental study. Ocean Engineering, 215, 107895-1-9. doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107895

Bendat, Ju.S, & Piersol, А.G. (2010). Random Data: Analysis and Measurement Procedure, Wiley.

Vinogradnyi, G.P., Voskoboinick, V.A., Grinchenko, V.T., & Makarenkov, A.P. (1989). Spectral and correlation characteristics of the turbulent boundary layer on an extended flexible cylinder. J. Fluid Dyn., 24(5), 695-700. doi: https://doi.org/10.1007/BF01051721

Voskoboinick, V.A., Voskoboinick, A.A., Turick, V.N., & Voskoboinick, A.V. (2020). Space and time characteristics of the velocity and pressure fields of the fluid flow inside a hemispherical dimple generator of vortices. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 93(5), 1205-1220. doi: https://doi.org/10.1007/s10891-020-02223-3

Whitham, G.B. (1999). Linear and nonlinear waves. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/9781118032954

Le Mehaute, B. (1976). An introduction to hydrodynamics and water waves. Springer-Verlag. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-85567-2

Voskoboinick, V., Kornev, N., & Turnow, J. (2013). Study of near wall coherent flow structures on dimpled surfaces using unsteady pressure measurements. Flow Turbulence Combust., 90(4), 709-722. doi: https://doi.org/10.1007/s10494-012-9433-9

Voskoboinick, V.A., Voskoboinick, A.V., Areshkovych, O.O., & Voskoboinyk, O.A. (2016). Pressure fluctuations on the scour surface before prismatic pier. In Proc. 8th International Conference on Scour and Erosion (ICSE 2016) 12-15 September 2016. (pp. 905-910). Oxford, UK. doi: https://doi.org/10.1201/9781315375045-115

Voskobijnyk, A.V., Voskoboinick, V.A., Voskoboinyk, O.A., Tereshchenko, L.M., & Khizha, I.A. (2016). Feature of the vortex and the jet flows around and inside the three-row pile group. In Proc. 8th International Conference on Scour and Erosion (ICSE 2016) 12-15 September 2016. (pp. 897-903). Oxford, UK. doi: https://doi.org/10.1201/9781315375045-114

Voskoboinick, A., Voskoboinick, V., Turick, V., Voskoboinyk, O., Cherny, D., & Tereshchenko, L. (2021). Interaction of group of bridge piers on scour. In Z. Hu, S. Petoukhov, I. Dychka, M. He (Eds.), Advances in Computer Science for Engineering and Education III. ICCSEEA 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing, Vol. 1247. (pp. 3-17). Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-55506-1_1

Voskoboinick, V.A., Gorban, I.M., Voskoboinick, A.A., Tereshchenko, L.N., & Voskoboinick, A.V. (2021). Junction flow around cylinder group on flat plate. In V.A. Sadovnichiy, M.Z. Zgurovsky (Eds.), Contemporary Approaches and Methods in Fundamental Mathematics and Mechanics. Understanding Complex Systems. (pp. 35-50). Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-50302-4_3

Koraim, A.S. (2014). Hydraulic characteristics of pile-supported L-shaped bars used as a screen breakwater. Ocean Engineering, 83, 36-51. doi: https://dx.doi.org/10.1016/j.oceaneng.2014.03.016

Reddy, M.S., & Neelamani, S. (1992). Wave transmission and reflection characteristics of a partially immersed rigid vertical barrier. Ocean Engineering, 19(3), 313-325. doi: https://doi.org/10.1016/0029-8018(92)90032-Y

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-06-28

Як цитувати

Селезов, І., Воскобійник, В., Воскобойник, О., Харченко, А., & Воскобійник, А. (2022). Взаємодія гравітаційних хвиль з проникним хвилеломом. Екологічна безпека та природокористування, 42(2), 96–111. https://doi.org/10.32347/2411-4049.2022.2.96-111

Номер

Розділ

Інформаційні ресурси та математичне моделювання