رشته حقوق

دانلود پایان نامه درمورد مدل‌سازی، سریهای زمانی، شبیه‌سازی، عمل طراحی

دانلود پایان نامه

(عمقسنجی) موردنیاز، از نقشه هیدروگرافی انجام‌شده توسط سازمان بنادر و دریانوردی در سال 1392 استفاده شده است.
مدل، انتشار امواج را در شبکه کارتزین دوبعدی شبیهسازی میکند. محدوده محاسباتی بهوسیله ناحیهای مستطیلی با فواصل شبکه یکنواخت در جهتهای x و y تعریف شده است. در این شبکه نقاط آب بهصورت منفی و نقاط خشکی بهصورت مثبت تعریف میگردد. فواصل گرهای 2 متر در جهتهای x و y در نظر گرفته شده است. نقشه عمقسنجی محدوده موردمطالعه در شکل 4-1 نشان داده شده است.

شکل 4-1: نقشه عمقسنجی محدوده موردمطالعه
ازآنجایی‌که جهت غالب امواج مؤثر قابل‌نفوذ به حوضچه بندر، جهت جنوب شرقی می‌باشد و نحوه انتشار امواج در کرانههای غربی و شمال شرقی محدوده مدلسازی، تأثیری بر انتشار و تفرق این امواج به درون حوضچه بندر ندارند، میتوان با اضافه کردن این نواحی به نقاط خشکی با عنوان خشکی مصنوعی45 از محاسبات غیرضروری در این نواحی و در پی آن طولانی شدن زمان محاسبات جلوگیری کرد. در شکل 4-2 این نواحی مشخص گردیدهاند.

شکل 4-2: خشکیهای مصنوعی در مدل
4-3. اعمال شرایط مرزی
برای حل معادلات حاکم، در مرزهای محدوده محاسباتی باید شرایط مرزی مناسب اعمال شود. انواع مرزها شامل موارد زیر میشوند:
الف) مرزهای دیوار صلب یا انعکاس‌دهنده کامل موج
ب) سازههای متخلخل
ج ناحیه جذب موج یا ناحیه میرایی46
د) مرزهای تولید موج
4-3-1. مرزهای انعکاسدهنده کامل موج
وقتی موج به سطح صلب دیوار قائم، نفوذناپذیر و سخت برخورد نماید، تقریباً همه انرژی موج از دیوار منعکس میشود. میزان انعکاس یا بازتاب موج با ضریب انعکاس47 C_r=H_r/H_i معرفی میگردد که H_r و H_i به ترتیب ارتفاع موج منعکسشده و ارتفاع موج اولیه نزدیک شونده هستند. اطلاع از ضریب انعکاس مرزهای داخلی لنگرگاه جهت شناخت کامل شرایط موج داخل لنگرگاه ضروری است. اغلب مرزهای داخلی لنگرگاهها از سازههایی همچون دیوارهها یا شیبهای پوششدار تشکیل شده است. صفحات دارای شیب قائم ضریب انعکاس نزدیک به یک خواهند داشت. برای دیوارهای عمودی انعکاس کامل موج در نظر گرفته شده است. نحوه انعکاس کامل و جزئی موج از یک سازه در شکل 4-3 نشان داده شده است. در این تحقیق برای مرزهای انعکاس‌دهنده کامل موج مانند اسکله‌های شمع و عرشه و اسکله‌های وزنی بتنی که دیوارههای قائم دارند، ضریب انعکاس 99/0 اختصاص یافته است. این مرزها در شکل 4-4 نشان داده شده‌اند.

شکل4-3: انعکاس کامل و جزئی موج از یک سازه]5[

شکل 4-4: مرزهای انعکاسدهنده کامل موج
4-3-2. سازههای متخلخل
ضریب انعکاس یک سطح شیب‌دار به هندسه و ترکیب سازهها و همچنین مشخصات موج ورودی از قبیل شیب موج و عمق نسبی در محل سازهها و بهویژه پریود موج وابسته است. شرایط انعکاس سازه با پارامتری به نام ضریب انعکاس بیان میشود که نسبت بین ارتفاع موج منعکس‌شده و ارتفاع موج نزدیک شونده است. برای یک شیب دارای زبری و تخلخل معین، انعکاس موج بستگی به معیاری به نام عدد تشابه خیزاب48 یا عدد آیری بارن49 دارد]5[.
(4-1)
که در آن α زاویه سطح با افق و L_0 طول موج نزدیک شونده به لنگرگاه در آب عمیق و H_i ارتفاع موج نزدیک شونده است. تحقیقات آزمایشگاهی نشان میدهند که ضریب انعکاس برای اغلب اشکال سازهها میتواند با رابطه زیر تعیین شود:
(4-2)
که در آن مقادیر ضرایب a و b در وهله اول به هندسه سازه و پس‌ازآن به منظم و نامنظم بودن موج بستگی دارد. عدد Ir همانطور که گفته شد با شیب سازه و ارتفاع موج در محل پنجه سازه رابطه دارد. ضریب a بسته به شرایط بین 48/0 تا1/1 و ضریب b بین 5/5 تا 10 در نظر گرفته میشود]5[. برای موجشکنهای دارای آرمور سنگی و بتنی، ضریب انعکاس بین 4/0 الی 55/0 در نظر گرفته میشود و ضریب اولیه لایه تخلخل بر اساس آن تعیین میشود]18[. به‌طورکلی حدود ضریب تخلخل بین 2/0 و 1 می‌باشد. در این تحقیق مطابق شکل 4-5 چند مرز انعکاس نسبی موج در نظر گرفته شده است که برای هرکدام با استفاده از ابزارهای نرمافزار MIKE 21 ضریب تخلخلی اختصاص یافته است. برای موج‌شکن‌های توده سنگی ضریب 84/0، برای گوشه‌های شمالی حوضچه صیادی بندر که از شیب ملایمی برخوردار است، ضریب 75/0 و برای دیوارهای صلب ضریب 99/0 در نظر گرفته شده است.

شکل 4-5: مرزهای انعکاس نسبی موج (لایه تخلخل)
4-3-3. لایه جذب‌کننده موج
انتشار امواج به بیرون از محدوده محاسباتی، در ناحیههای میرایی که در اطراف محیط محدوده محاسباتی قرار گرفتهاند، جذب میشود. بدین منظور در مدل از لایههایی تحت عنوان لایههای اسفنجی50 استفاده میشود. این لایهها برای مناطقی مورد استفاده قرار میگیرند که لازم است تمام انرژی موج برخوردی جذب شود و هیچ موجی منعکس نگردد. لایه اسفنجی معمولاً برای جاهایی استفاده میشود که انرژی موج بهطور کامل مستهلک میشود. همچنین در پشت موج ورودی برای استهلاک کامل موج برگشتی، از لایههای اسفنجی استفاده میشود]11[. در این تحقیق در پشت خطوط تولید موج و در کرانههای شمالی و غربی از لایههای اسفنجی استفاده شده است. در شکل 4-6 مرزهای جذب‌کننده موج (لایه اسفنجی) با رنگ سبز مشخص گردیده‌اند.

مطلب مشابه :  منطقه مورد بررسی

شکل 4-6 مرزهای جذب‌کننده موج (لایه اسفنجی)

4-3-4. مرزهای تولید موج
امواج آب عمیق بهوسیله تولید موج داخلی در یک خط تولید معین، برای مدل معرفی میشوند. موقعیت خط تولید در جلوی لا
یه اسفنجی است. برای آنکه نفوذ امواج به داخل بندر و میزان آرامش درون حوضچه مورد بررسی قرار گیرند، ضرورت دارد تا مشخصات امواج ناحیه موردمطالعه تعیین شوند. با مشاهده گلموج آب کم‌عمق (شکل 3-6) بدیهی است که تمام اجزای گلموج سالیانه قابلیت نفوذ به داخل حوضچه بندر را ندارند. با توجه به موقعیت هندسی و جانمایی موجشکنها و دهانه بندر، امواجی که از جهتهای جنوب تا غرب میآیند، به درون بندر نفوذ نخواهند کرد و بر آرامش حوضچه بندر تأثیرگذار نیستند و تنها امواجی که از محدوده جهتهای شرق تا جنوب میتابند تهدیدی برای آرامش حوضچه بندر به شمار میروند. لذا خطوط تولید امواج داخلی برای امواجی که از جهتهای SE، SSE و ESE میتابند، ساخته میشود. برای شبیهسازی امواجی که از جهتهای SSE و ESE تابیده میشوند، به ترتیب از خطوط تولید موج جنوبی و شرقی و برای امواجی که از جهت SSE میتابند از هر دوی این خطوط استفاده میشود. با توجه به گلموج سالیانه آب کمعمق، برای جهت SE بزرگترین امواجی که دارای فراوانی قابل‌توجهی باشند، امواج با ارتفاع 4/1 متر و با فراوانی 54/0 درصد میباشند. برای جهت SSE نیز امواج با ارتفاع 4/1 متر و با فراوانی 13/0 درصد و برای جهت ESE امواج با ارتفاع 1/1 متر و 02/0 درصد بزرگ‌ترین امواج با فراوانی قابل‌توجه میباشند. بنابراین خطوط تولید موج در جهتها و ارتفاعات امواج مذکور در مرزهایی همانند شکل 4-7 ساخته میشوند. مطابق آییننامههای معتبر جهانی و ملی ازجمله آییننامه ژاپن و دستورالعمل طراحی سازه‌های ساحلی ایران ضروری است که حوضچه بندر در حدود 5/97 درصد مواقع سال آرام باشد و حداکثر میتواند در 5/2 درصد مواقع سال متلاطم و ناآرام باشد. این در حالی است که در این تحقیق فراوانی امواجی که برای مرزهای تولید موج در نظر گرفته شدهاند، کمتر از یک درصد مواقع سال است و ناچیز به حساب میآید. در نظر گرفتن این ارتفاع امواج تنها در راستای اطمینان از ایمن بودن حوضچه میباشد.

شکل 4-7: مرزهای تولید موج در مدل
4-4. انتخاب پارامترهای محاسباتی
در ایجاد مدل، انتخاب مناسب گام زمانی و مکانی از اهمیت بسیاری برخوردار است. انتخاب گام زمانی بستگی به فرم معادلات بوسینسک دارد؛ ولی هر گام زمانی باید به اندازه کافی کوچک باشد تا کوتاهترین پریودهای موج تک را حل کند. برای بیشتر کاربردهای عملی 8 تا 10 گام زمانی در پریود موج مینیمم کفایت میکند. همچنین نیاز است که گام زمانی در ترکیب با فواصل شبکه طوری انتخاب شود که عدد کورانت کمتر یا مساوی یک باشد. اگر از معادلات بوسینسک پیشرفته استفاده شود باید برای جلوگیری از استهلاک عددی و ناپایداری، مینیمم پریود موج باید با 25 تا 35 گام زمانی حل شود]11[. در این تحقیق با استفاده از راهنمای برپا کردن مدل51 مورداستفاده، فواصل نقاط شبکه در جهتهای x و y بهطور مساوی برابر 2 متر در نظر گرفته میشود. گام زمانی برابر 05/0 ثانیه در نظر گرفته شده است تا عدد کورانتی در حدود 25/0 داشته باشیم. با توجه به مسافتی که موج طی خواهد کرد تا به تمام نقاط بندر رسیده و پس از آن به حالت پایدار برسد، تعداد گامهای زمانی در حدود 36000 و کل زمان شبیه‌سازی 30 دقیقه در نظر گرفته میشود که با دستورالعملهای مدل مطابقت دارد.
حل عددی، زمانی پایدار است که عدد کورانت کمتر از یک باشد. عدد کورانت عبارتی است که تعداد نقاط شبکه را که اطلاعات موج در یک گام زمانی حرکت خواهند کرد را نشان میدهد که بهصورت زیر تعریف میشود:
C_r=c ∆t/∆x (4-7)
که c سرعت فاز بر پایه پریود میانگین امواج نزدیک شونده است]11[.
یکی دیگر از پارامترهای محاسباتی، ضریب اصطکاک بستر است که با معرفی نمودن عدد شزی یا عدد مانینگ ظاهر میشود. این ضریب بیانگر تأثیر اصطکاک کف بر الگوی جریان در منطقه مدل است. معمولاً اثرات اصطکاک بستر در شبیهسازی امواج کوتاه در بنادر بی‌اهمیت است. این به دلیل سطح مدل نسبتاً کوچکی (چند کیلومترمربع) است که امواج کوتاه در آن مدل میشوند. پس معمولاً در اینگونه موارد مقاومت بستر نادیده گرفته میشود]11[.
پس از گردآوری دادهها و اطلاعات موردنیاز برای شبیهسازی، مدلهای متفاوتی از شرایط امواج، ساخته و اجرا شد. در فصل بعد نتایج مربوط به این مدلسازیها ارائه میگردد.

مطلب مشابه :  پیشگیری اجتماعی و وضعی

فصل پنجم

بررسی نتایج شبیهسازی عددی

5-1. مقدمه
خروجیهای اصلی مدول BW عبارت‌اند از:
الف) نمودارهای دوبعدی که نشان‌دهنده ارتفاع موج و یا ضریب آشفتگی امواج می‌باشند.
ب) نقشه‌های دوبعدی که شامل مؤلفه‌های جریان و تغییرات کل عمق آب و تراز آب می‌باشند. همچنین سریهای زمانی خروجیهای مذکور نیز به‌نوبه خود از اهمیت بالایی برخوردارند. جهت تعیین ارتفاع امواج پای سازه و نیز نحوه انعکاس و پخش امواج در اطراف سازه‌ها و موج‌شکن‌های بندر، نمودارهای دو‌بعدی ارتفاع موج تفرق یافته، مناسب‌ترین خروجی مدل نفوذ امواج می‌باشند. ضمن آنکه می‌توان تغییرات ارتفاع امواج و میزان تلاطم پای سازه‌ها را بر اساس این نمودار‌ها استخراج نمود. آرامش حوضچه‌ها و پهلوگیرهای هر بندر بر مبنای مقادیری است که از این نمودارهای دوبعدی استخراج می‌گردند. در ادامه به بررسی خروجی‌های مدل‌سازی پرداخته میشود.

5-2. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت SE
امواجی که از جهت SE میتابند دارای ارتفاع 4/1 متر میباشند. در شکلهای 5-1 تا 5-4 نتایج مدل‌سازی اعم از نمودارهای ارتفاع امواج
و ضریب آشفتگی موج در نقاط مختلف برای امواج با توزیع جهتی و تک جهته نشان داده شدهاند.

شکل 5-1: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی

شکل 5-2: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی

شکل 5-3: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تکجهته

شکل 5-4: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تک جهته
برای مشاهده دقیقتر ارتفاع امواج در نقاط مختلف داخل حوضچهها، دو نقطه در حوضچه صیادی، دو نقطه در حوضچه تجاری و دو نقطه در حوضچه جدید ایجاد شده پس از اجرای طرح جدید بندر انتخاب شده و نتایج سری زمانی ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر در این نقاط به نمایش گذاشته میشوند. این نقاط به‌گونه‌ای انتخاب شده‌اند که بیشترین ارتفاع امواج را در میان سایر نقاط حوضچهها داشته باشند. موقعیت این نقاط و نتایج سری زمانی ارتفاع موج در آنها در شکل 5-5 و نمودارهای 5-1 و 5-2 نشان داده شدهاند. نتایج سریهای زمانی مربوط به نقطه شماره یک به رنگ مشکی، نقطه شماره 2 به رنگ آبی، نقطه شماره 3 به رنگ قرمز، نقطه شماره 4 به رنگ سبز، نقطه شماره 5 به رنگ بنفش و نقطه شماره 6 به رنگ قهوهای میباشد.

شکل 5-5: موقعیت نقاط منتخب برای استخراج سری زمانی ارتفاع امواج نفوذیافته

نمودار 5-1: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع جهتی

نمودار 5-2: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SE با توزیع تکجهته
5-3. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت SSE
امواجی که از جهت SSE میتابند دارای ارتفاع 4/1 متر میباشند. در شکلهای 5-6 تا 5-9 نتایج مدل‌سازی اعم از نمودارهای ارتفاع امواج و ضریب آشفتگی موج در نقاط مختلف برای امواج با توزیع جهتی و تک جهته نشان داده شدهاند. نتایج سری‌های زمانی ارتفاع امواج نفوذیافته نیز در نمودارهای 5-3 و 5-4 قابل مشاهدهاند.

شکل 5-6: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی

شکل 5-7: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی

شکل 5-8: ارتفاع امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تکجهته

شکل 5-9: ضریب آشفتگی امواج نفوذ یافته به بندر برای امواج با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تک جهته

نمودار 5-3: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع جهتی

نمودار 5-4: نتایج سری زمانی ارتفاع امواج در نقاط منتخب برای امواج ورودی با ارتفاع 4/1 متر از جهت SSE با توزیع تکجهته
5-4. نتایج مدل‌سازی برای امواج در جهت ESE
امواجی که از جهت ESE میتابند دارای ارتفاع 1/1 متر میباشند. در شکلهای 5-10 تا 5-13 نتایج مدل‌سازی اعم از نمودارهای ارتفاع امواج و ضریب آشفتگی موج در نقاط مختلف برای امواج با توزیع جهتی و تک جهته نشان داده

برای دانلود متن کامل فایل این  پایان نامه می توانید  اینجا کلیک کنید

دیدگاهتان را بنویسید