ГІДРОДИНАМІКА І АКУСТИКА

Цей документ поширюється згідно з ліцензією CC BY-NC-ND 4.0

2024 ◊ Том 3 (93) ◊ Номер 3 ◊ с. 283-310

І. М. Горбань^*, А. С. Корольова^*, В. А. Воскобійник^*, В. М. Вовк^*

^* Інститут гідромеханіки НАН України, Київ, Україна

Динаміка солітонної хвилі та вихрові поля навколо занурених щілинних бар'єрів

Gidrodin. akust. 2024, 3(3):283-310     [Дата публікації: 23.12.2024]

МОВА ТЕКСТУ: Англійська

АНОТАЦІЯ

Захист прибережних територій штучними спорудами є актуальною проблемою для спільноти, що займається береговою технічною інфраструктурою. У цьому дослідженні для зменшення висоти й енергії хвиль пропонується використовувати вертикальний занурений екран з горизонтальними щілинами. Зустрічаючи таку перешкоду, падаюча хвиля розпадається на прохідну та відбиту. Окрім того, через відрив потоку зі стінок споруди частина хвильової енергії перетворюється на кінетичну енергію вихрового поля. Дослідження зосереджено на оцінці гідравлічної якості цього хвилегасника, яка вимірюється коефіцієнтами відбиття й проходження хвилі. Також з метою отримання інформації про напрямки та інтенсивність водообмінних течій та про розмив донної поверхні розглядаються циркуляційні процеси навколо споруди. Задача аналізується у вертикальній площині, де конструкція має вигляд щілинного бар'єра. Передбачається, що бар'єр складається з трьох непроникних елементів і, залежно від розташування нижнього елемента відносно дна, приймає одну з двох можливих конфігурацій: нижня секція лежить на дні, або між бар'єром і морським дном є щілина. Для визначення найбільш ефективної конструктивної схеми такого хвилегасника виконано чисельне дослідження взаємодії солітонної хвилі зі щілинними бар'єрами різної форми та проникності. Розвинена обчислювальна процедура поєднує метод граничних інтегральних рівнянь, який використовується для визначення деформацій вільної поверхні, й гібридну вихрову схему для моделювання вихрового поля, породженого хвилею. Достовірність методики перевірено шляхом порівняння отриманих результатів з даними фізичного експерименту, проведеного в експериментальному каналі Інституту гідромеханіки НАНУ, а також із результатами інших авторів. Амплітуда розглянутої солітонної хвилі складала A_i/h=0.2. Аналіз еволюції вільної поверхні, а також енергетичних коефіцієнтів відбиття й проходження показав, що захисні властивості щілинного бар'єра погіршуються зі збільшенням його проникності. Разом з тим, вплив ефекту проникності сильніший для високих та вузьких бар'єрів, ніж для низьких і широких. Дослідження вихрового поля, яке генерується солітонною хвилею навколо щілинного бар'єра, виявило складну картину течії з підвітряного боку споруди. Тут утворюються дві вихрові пари з протилежно спрямованих структур, взаємодія яких формує низхідний і висхідний потоки води вздовж бар'єра. Також ці вихори виштовхують рідину крізь щілини до навітряного боку споруди, завдяки чому утворюється зворотний потік води між прибережною зоною та відкритим морем. Завдяки цьому інтенсивність водообміну між різними боками конструкції збільшується на порядок, у порівнянні з непроникним бар'єром. Отримані дані свідчать про те, що щілинний бар'єр із пористістю 0.2-0.3 буде найбільш вдалим серед конструкцій цього типу як з точки зору берегозахисту, так і для збереження екології в прибережній зоні.

КЛЮЧОВІ СЛОВА

солітонна хвиля, занурений хвилегасник, бар'єр з горизонтальними щілинами, метод граничних інтегральних рівнянь, вихровий метод

ЛІТЕРАТУРА