Исследование взаимодействия длинных морских волн с сооружениями, защищенными вертикальными экранами

Для уменьшения волновых нагрузок на плавучие морские сооружения (платформы и понтоны) в настоящее время используют защитные экраны, частично или полностью непроницаемые. Настоящая работа посвящена изучению взаимодействия длинных морских волн с конструкциями, образованными защищаемым сооружением и защитным экраном и расположенными над пологим откосом. В работе представлены результаты экспериментальных и численных исследований величин заплескав и силовых воздействий на полупогруженное тело вшироком диапазоне высот набегающих волн для разных типов экрана, разных отношений осадки тела и местной глубины, расстояний между экраном и телом и для других характеристик. Опытные исследования проводились в гидроволновой лаборатории в лотке с установленным в нем стационарным вакуумным волнопродуктором для создания волн типа цунами. Для численных исследований использовались нелинейная модель течений несжимаемой жидкости и пошаговый алгоритм расчета на подвижных сетках, адаптирующихся к подвижной свободной границе и имеющих сгущения в окрестности исследуемых сооружений. Генерация волн выполнялась численным волнопродуктором, моделирующим реальный вакуумный волнопродуктор экспериментальной установки. В статье определены значения параметров конструкции, при которых защитный экран уменьшает величины заплескав и силовых воздействий на плавучее тело.

1. Thusyanthan N 1., Modoni А., Hakin R., Madabhushi S. Р G. Model study of tsunami wave loading on coastal structures // Proc. 1st Sri Lankan Geotechnical Society (SLGS) Intemational Conference on Soil and Rock Engineering. 2007. Р. 5-11.

2. Кihara N, Niida У, Takabatake D., Kaida Н., Shibayama А., Miyagawa У Large-scale experiments on tsunami-induced pressure on а vertical tide wall // Coastal Engineering. 2015. V 99. Р. 46----63.

3. Камынин Е. Ю., Нуднер И. С., Максимов В. В., Ревякин А. Ю., Бабчик Д В. Определение воmюзащиmых характеристик частично проющаемых конструкций мола// Тр. IX Всероссийской конфере~щии «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 469-473.

4. Манойлин С. В., Максимов В. В., НуднерИ. С. Взаимодействие одиночной воmIЫ с преградами сложной конфигурации// Тр. IX Всероссийской конфереIЩИИ «Прикла,цные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука, 2008. С. 441--443.

5. БабчикД В., Максимов В. В., Нуднер И. С., СеJ~Аёнов К. К., Хакимзянов ГС. Численное и экспериментальное исследование взаимодействия периодических волн с откосным сооружением сложного профиля // Тр. XI Всероссийской конференции «Приклад;ные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 198-200.

6. PalermoD., Nistor 1., Nouri У, ComettA. Tsunami loading ofnear-shoreline structures: а primer // Can. J. Civ. Eng. 2009. V 36. Р. 1804-1815.

7. Nouri У, Nistor 1., Palermo D., Comett А. Experimental investigation of tsunami impact on free standing structures // Coastal Engineering. 2010. V 52, N. 1. Р. 43-70.

8. Nistor 1., Palermo D., Nouri У, Murty Т, Saatcioglu М. Tsunami-induced forces on structures // Handbook of Coastal and Ocean Engineering. 2009. Р. 261-286.

9. Камынин Е. Ю., Максимов В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов Г С. Исследование взаимодействия уединенной волны с частично погруже1rnым неподвижным сооружением// Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2010. № 4 (10). С. 39-54.

10. Кее S.-T Floating pontoon-membrane breakwater // J. Ocean Science Technology. 2004. V 1, N. 1. Р. 49-57.

11. lsaacson М., Baldwin J., Allyn N, Cowdell S. Wave interactions with perforated breakwater // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 2000. V 126, N. 5. Р. 229-235.

12. Ramsden J. D. Tsunamis: forces on а vertical wall caused Ьу long waves, bores, and surges on а dry bed. PhD thesis. Califomia Institute ofTechnology. 1993.

13. Wu У Т, Hsiao S. С. Propagation of solitary waves over а submerged permeaЫe breakwater // Coastal Engineering. 2013. V 81. Р. 1-18.

14. Silva R., Losada 1. J., Losada М. А. Reflection and transmission of tsunami waves Ьу coastal structures // Appl. Ocean Res. 2000. V 22, N. 4. Р. 215-223.

15. Lin Р А numerical study of solitary wave interaction with rectangular obstacles // Coastal Engineering. 2004. V. 51. Р. 35-51.

16. Takikawa К., Yamada F, Sato К., Furuta Н. Numerical analysis of finite amplitude motion of waves and а moored floating body under severe storm conditions // Int. J. Numer. Methods Fluids. 1995. V 21, N. 4. Р. 295-310.

17. Yeung R. W., Wu Ghun-Fa. Nonlinearwave-body motion in а closed domain // J. Comput. Fluids. 1989. V 17, N. 2. Р. 351-370.

18. Nomura Т, Hughes Т J. R. An arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method for interaction of fluid and а rigid body // Comput. MethodsAppl. Mech. Eng. 1992. V 95, N. 1. Р. 115-138.

19. Teles da Silva А. F, Peregrine D. Н. Nonlinear perturbations on а free surface induced Ьу а submerged body: а boundary integral approach // Engineering Analysis with Boundary Elements. 1990. V 7, N. 4. Р. 214-222.

20. XiaoFeng. А computational model for suspended large rigid bodies in 3D unsteady viscous flows // J. Comput. Phys. 1999. V 155, N. 2. Р. 348-379.

21. Liu Р L.-F, Abbaspour М. Wave scattering Ьу а rigid thin barrier // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1982. V 108, N. 4. Р. 479--491.

22. Losada 1. J., Losada М. А., Roldan А. J. Propagation of oЫique incident waves past rigid vertical thin barriers // Appl. Ocean Res. 1992. V 14.P.191-199.

23. Abul-Azm А. G. Wave diffraction through submerged breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1993. V 119, N. 6. Р. 587-605.

24. Porter R., Evans D. V Complementary approximations to wave scattering Ьу vertical barriers // J. Fluid Mech. 1995. V. 294. Р. 155-180.

25. Liu Р L.-F, Al-Banaa К. Solitary wave runup and force on а vertical barrier // J. Fluid Mech. 2004. V. 505. Р. 225-233.

26. Камынин Е. Ю., Макси.мое В. В., Нуднер И. С., Семёнов К. К., Хакимзянов ГС. Взаимодействие поверхностных волн с частично заrлублеmшм экраном// Zbomic radova konferencije МIТ 2011. Belgrad, 2012. Р. 180-185.

27. Yu Х Diffraction ofwater waves Ьу porous breakwaters // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engrg. 1995. V 121, N. 6. Р. 275-282.

28. Lee М. М, Chwang А. Т. Scattering and radiation of water waves Ьу permeaЫe baпiers // Physics Fluids. 2000. V. 12, N. 1. Р. 54-65.

29. Liu Р L.-F, Lin Р, Chang К.-А., Sakakiyama Т. Numerical modeling of wave interaction with porous structures // J. Waterway, Port, Coastal Ocean Engng. 1999. V. 125, N. 6. Р. 322-330.

30. Yang Н. Т., Huang L. Н., Hwang W S. Тhе interference of а semi-submerged obstacle on the porous breakwater // Appl. Ocean Res. 1997. V. 19, N. 5-6. Р. 263-273.

31. Афанасьев К. Е., Макси.мое В. В., НуднерИ. С., Семенов К. К., Стуколов С. В. Численное моделирование рабоп,1 оm,пового волнопродуктора одиночm,rх воJПI // Тр. XI Всероссийской конференции «Прикладт,1е технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб: Наука, 2012. С. 201-203.

32. Захаров Ю. Н., Зи.мш-1 А. И., Стуколов С. В., Лебедев В. В., Нуднер И. С., СеJ1Ленов К. К. Численное моделирование рабоп,1 лабораторного волнопродуктора одиночm,rх волн на воде// Сб. тр. Третьей Международной конференции «Полярная механика», Владивосток, 26-29 сентября 2016. С. 954-964.

33. Charvet I. Experimental modelling of long elevated and depressed waves using а new pneumatic wave generator. Doctoral Dissertation. University College London. 2012.

34. Хакимзянов ГС., Шокин Ю. И., Барахнин В. Б., Шокина Н. Ю. Численное моделирование течений жидкости с поверхностными волнами. Новосибирск: СО РАН, 2001. 394 с.