Введение к работе
Актуальность проОлелн. Существует
'большое разнообразие гидродинамических условий и пракяахческих ситуаций, в которых волны распространяется при уиаличии течений различного естественного и искусственного происхождения. Учат взешодействия волн с течениями существенен у входов портов, в больших реках и каналах, проточных водохранилища, приливно-отливных лорях, а также на участках устьевых взморий, в окрестности водовыпусков и водосборов.
Задала о взаилодеаствии волн с течениями мотет быть рассмотрена в двух практических аспектах-.
для оценки самого процесса взаимодействия и учета степени длия>шя течения на волнение;
исследование взаимодействия волн с теченияли с целью гашения волн или изменения их направления течениями.
Б первом аспекте учет влияния течений )іа волновые параметры необходим прежде всего для корректного определения волнового воздействия на погруженные и палупогрухенные инженерные сооружения и их элементы и для более точной оценки изменегшя величины и направления транспорта наносов в береговой зоне.
Во втором аспекте интерес представляет взаимодействие волн с искусственными течениями, генерированными пке&яатческими и,'.и гидравлическими барьерами (волноломами), чья эффективность гашения поверхностных, волн доказана, но практическое применение связано с эмпирическими зависимостями, и с необходимостью корректно моделировать такие течения для определенных эксплуатационных условий.
Эффект гашения является частью общего процесса взохм-действия волн с крупномасштабными (относительно волн) течениями, на который оказывает влияние фактор вертикальной неравномерн.ости скороспел течения. К такому классу течений относятся и течения, созданные пневматическим барьером, чье применение в последние годы приобретает новую популярность из-за очевидных преимуществ по сравнению с традииианними гравитационными сооружениями. Существенно меньшие расходы на строительство и эксплуатацию пневматических волноломов, как и их действие только при необходимости, превращают их б современные волногасящие сооружения, которые не вносят никаких изменений в экологический баланс окружающей среды и могут успешно примениться для защиты береговой зоны от
загрязняющих веществ.
Вышеизложенное определяет практическую значимость задачи взаимодействия волн с крупномасштабными. неравномерными по глубине (течениями. Существующие на настоящем этапе инженерные методы расчета Волногашения течениями имеют эмпирический характер и не учитывают как реальный профиль скорости течения по глубине, тэг, и спектральный характер Волнения. Это обстоятельство Вызывает необходимость В соответствующих разработках С практической направленностью. что определяет актуальность решаемых б работе задач.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящего исследования является разработка практически применимого метода расчета трансформации Волн неравномерными по глубине течениями и определение критической скорости блокировки регулярных волн встречным течением, и метода расчета частичного гашения нерегулярного волнения неравномерным по глубине течением.
В работе решаются следующие основные задачи, которые направлены не только на достижение поставленной цели, но и относятся к другим сторонам применения взаимодействия Волн с течениями:
разработка и проверка расчетного метода определения трансформации регулярных волн неравномерными по алубине течениями (в том числе определение критической скорости блокировки волн встречным течением). на основе д&ух известных подходов решения задачи, и с учетом диссипации энергии от сил вязкости, турбулентности и обрушения волнового гребня;
разработка и экспериментальная проверка метода расчета гашения нерегулярного волнения течением с неравномерной по глубине скоростью на основе определения критической частоты среза или Фильтрации спектра волн течениями, генерированными пневматическим барьером;
осуществление экспериментального исследования обрушения волн на плавном берегоВом откосе при наличии встречного течения, генерированного пневматическим барьером, и. на основе полученных результатов, разработка нового критерия обрушения Волн, применимого для определения критической глубины воды при таких условиях;
Формулирование рекомендаций и представление примеров практического применения разработанных .расчетных методов гашения волн течениями в задачах волновой гидравлики.
Научная новизна. Теоретически исследованы границы применимости 56ух методов получения дисперсионного соотношения составного движения: метода кусочно-линейной аппроксимации профиля скорости течения по глубине и сшибки решений метду слоями, и метода приближенного дисперсионного соотношения, б случае двух характерных скоростных профилей. Показана достаточность пербого приближения решения для практически значимого диапазона относительных глубин. Показана совместимость принципа сохранения болнобого дейстбия для определения изменения высота болн нз течениях, с приближенным дисперсионным соотношением. На основе результатов экспериментов с регулярными волнами на течениях. генерированных пневматическим барьером, получена поправка к высоте болн от диссипации энергии б результате сил вязкости, турбулентности и обрушения волнового гребня. Разработан и экспериментально проверен метод расчета частичного гашения волнового спектра неравномерными по глубине течениями, применяя для этой энергетической оценки только кииемаггические уравнения взаимодействия. На основе результатов экспериментов разработан и проверен критерий обрушения регулярных волн на плавном откосе при наличии встречного течения.
Практическая ценность работы. Применение разрабртанных расчетных методов позволяет определять трансформацию параметров волн на неравномерных по глубине течениях, критическую скорость блокировки регулярних волн встречным течением с учетом профиля скорости и глубины воды, а б случае нерегулярного волнения - частоты среза волнового спектра течением и степень гашения по средней Высоте волн. С помощью разработанного критерия обрушения можно определять критическую глубину для регулярных болн на откосе при наличии Встречного течения, генерированного пнеймобарьером.
Реализация результатов работы. Разработанные вычислительные методы внедрены б деятельности Гидротехнической лаборатории Института гидро- и аэродинамики. Варна. Они применяются при выполнении исследовательских работ, связанных с распространением волн на течениях.
Дппробация работы. Основные результаты
работы докладывались на 17-ой и 18-ой сессиях
научно-методологического семинара по гидро- и аэродинамике
(Варна, 1988г., 19В9з.). на международном симпозиуме HADMAR'91
(Варна. 1991г.). а также на секциях НТС и семинарах БИГС.
- б -
По теме диссертации опубликованы той работы.
Обьен работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаб. основных выводов по работе, списка литературы: общий обьем Зиссертэции 197 страниц, б том числе 133 страницы текста. 59 Фигур. 11 таблиц и 2 Фотографии.
Номерация рисункоб и Формул б автореферате соотбетстбует их номерации б Зиссертэции.
