ГІДРОДИНАМІКА І АКУСТИКА

2024 ◊ Том 3 (93) ◊ Номер 1 ◊ с. 32-66

І. М. Горбань^*, А. С. Корольова^*

^* Інститут гідромеханіки НАН України, Київ, Україна

Дослідження ефективності занурених подвійних бар'єрів у захисті прибережної технічної інфраструктури від хвиль

Gidrodin. akust. 2024, 3(1):032-066

МОВА ТЕКСТУ: Українська

АНОТАЦІЯ

Глобальні зміни клімату призводять до збільшення кількості й інтенсивності екстремальних явищ в морях і океанах, таких як цунамі, повені, штормові нагони води та ін. Вони можуть мати катастрофічні наслідки для прибережних територій, що проявляються у руйнуванні цивільної інфраструктури, затопленні рекреаційних зон та погіршенні середовища існування живих організмів. В роботі обґрунтовано ефективність зануреного хвилегасника у вигляді двох паралельних стінок, призначеного для забезпечення економічного та екологічного захисту берегів природних водойм від руйнівної енергії хвиль. Виконано чисельне моделювання взаємодії солітонної хвилі з двома тонкими зануреними бар'єрами, розташованими один за одним. Використана чисельна процедура базується на комбінації методу граничних інтегральних рівнянь, який описує деформації вільної поверхні, та гібридної вихрової схеми для моделювання ефектів, зумовлених в'язкістю рідини. Коректність її застосування обґрунтовано через порівняння результатів розрахунків з даними лабораторного експерименту, виконаного у хвильовому лотку Інституту гідромеханіки НАН України, а також з чисельними та експериментальними даними інших авторів. Наша мета полягала у виявленні оптимальних геометричних параметрів подвійного бар'єра, як з погляду його захисних властивостей, так і щодо впливу на довкілля. Гідравлічна якість споруди, як хвилегасника, оцінюється хвилевими енергетичними коефіцієнтами проходження та відбиття, а також коефіцієнтом дисипації енергії. Така споруда неефективна у порівнянні з ізольованим бар'єром, якщо ширина зазору між її елементами не перевищує півтори глибини води. Оптимальна відстань, за якої досягається максимальна ефективність з погляду енергетичних втрат набігаючих хвиль, дорівнює 2.5 глибини води h. Дослідження в'язких ефектів, спричинених солітонною хвилею навколо подвійного бар'єра, виявило, що вихрове поле представляють два великі вихори, сформовані відривними течіями, що утворилися при вершині кожного з бар'єрів. Якщо відстань між бар'єрами менша за глибину води, зазначені вихори інтенсивно взаємодіють один з одним. Через це хвиля сприймає подвійний бар'єр, як суцільну широку перешкоду, що погіршує захисні властивості такої споруди. Вихрове поле визначає динаміку водообмінних течій. Захисна споруда з двох непроникних паралельних стінок, які розташовані одна до одної ближче, ніж на 2.5h, не сприяє утворенню оберненого потоку води з прибережної зони у відкрите море. Тому відстань 2.5h оптимальна, і з погляду захисних властивостей споруди, і щодо збереження сприятливої екології в обмеженій частині акваторії. Передбачається, що отримані результати сприятимуть зменшенню фінансових витрат на спорудження та експлуатацію таких захисних споруд.

КЛЮЧОВІ СЛОВА

поверхневий солітон, занурена захисна стінка, подвійний бар'єр, метод граничних інтегральних рівнянь, вихровий метод

ЛІТЕРАТУРА