University of Twente Student Theses

Login

Onderzoek naar het modelleren van gebonden lange golven in SWASH

Steensma, Menno (2014) Onderzoek naar het modelleren van gebonden lange golven in SWASH.

[img]
Preview
PDF
3MB
Abstract:Dit onderzoek is gedaan voor de Bachelor Eindopdracht van Menno Steensma, student Civiele Techniek aan de Universiteit Twente. De opdracht is uitgevoerd bij het bedrijf Arcadis op de locatie Zwolle binnen de marktgroep Havens en Mariene Infrastructuur. In dit rapport worden de mogelijkheden van het modelleerprogramma SWASH geanalyseerd met betrekking tot het modelleren van gebonden lange golven. Het hoofddoel van het onderzoek is om met behulp van modelexperimenten te kijken in hoeverre het model SWASH geschikt is voor het modelleren van gebonden lange golven. Hierbij zal in worden gegaan op de onderstaande onderzoeksvragen: 1. Op welke manier kan de gebonden lange golf worden gemodelleerd in SWASH? 2. Hoe kan de gemodelleerde gebonden lange golf in het model SWASH worden vergeleken met de beschikbare theoretische kennis? 3. Wat is de invloed van de waterdiepte op het modelleren van gebonden lange golfen in SWASH? 4. In hoeverre komt de gemodelleerde (gebonden) lange golf in SWASH overeen met de theoretische gebonden lange golf? 5. Welke beperkingen heeft SWASH bij het modelleren van gebonden lange golven? Gebonden lange golven ontstaan door de interactie tussen korte golven. Wanneer twee korte golven met een verschillende periode bij elkaar komen is er sprake van een bi-chromatische golf. Onder bepaalde omstandigheden kan energie worden overgedragen van deze bi-chromatische golf naar een ontstane lange golf. Deze lange golf heeft een frequentie die gelijk is aan de verschilfrequentie van de twee korte golven. Indien deze ontstane lange golf dezelfde golflengte en snelheid heeft als de golfgroep dan is er sprake van een gebonden lange golf. Het programma SWASH (Simulating Waves till Shore) is ontwikkeld in 2011 door de Technische Universiteit Delft. Het programma is gemaakt om de transformaties te bepalen van golven bij snel variërende condities tot aan de kust. De niet-lineaire vergelijkingen in ondiep water vormen een basis om complexe veranderingen in snel variërende condities te voorspellen. SWASH wordt nog niet veel in de praktijk gebruikt en is nog volop in ontwikkeling. Allereerst is gewerkt aan het opzetten van een goede schematisatie, zoals het bepalen van een juiste gridresolutie, modeluitvoer en opstarttijd. Vervolgens is in dit onderzoek een bi-chromatische golf opgelegd in SWASH door twee monochromatische golven aan de inkomende rand van het domein op te leggen met 1 Hz ( ) en Hz ( ). De analyse is uitgevoerd op een één dimensionale, vlakke, wrijvingsloze bodem van 10.000m lang. Aan de hand van een analyse van het spectrum dat hoort bij het door SWASH gegenereerde tijdsignaal is vastgesteld dat er een lange golf in SWASH ontstaat uit de twee opgelegde monochromatische golven. De lange golf heeft hierbij dezelfde frequentie als de verschilfrequentie tussen de twee opgelegde monochromatische golfen namelijk Hz. Hierna is de analyse met nagenoeg dezelfde randvoorwaarden uitgevoerd met twee monochromatische golven van en De amplitude van de onstane lange golf wordt weergegeven om de 100 m op verschillende afstanden in het domein. Hieruit blijkt dat er naast een (gebonden) lange golf een vrije stoorgolf ontstaat. Om ervoor te zorgen dat deze stoorgolf niet ontstaat op de inkomende rand zijn vervolgens simulaties uitgevoerd waarbij deze lange golf aan de inkomende rand van het domein handmatig wordt toegevoegd. Door dit te doen kan de amplitude van de ontstane lange golf worden geschat zonder de invloed van de stoorgolf. Nadat de resultaten van SWASH in kaart zijn gebracht is er een theoretische vergelijking gemaakt. Hierbij zijn de resultaten van SWASH vergeleken met de overdrachtsfunctie van Sand (1981). Sand heeft een dimensie loze overdrachtsfunctie gepubliceerd waarmee de relatie gelegd kan worden tussen de twee opgelegde amplitudes van de monochromatische golven en de amplitude van de gebonden lange golf. 2 Wanneer deze vergelijking wordt gemaakt valt het op dat SWASH voor ondiep water dezelfde trend vertoond als de overdrachtsfunctie van Sand. Daarnaast komt ook de waarde van de overdrachtsfunctie voor ondiep water goed overeen met de theoretische waarde. Voor tussenliggend en diep water is dit niet het geval, hier wijkt de waarde van voor SWASH af van de theoretische waarde van . Als de amplitudes en frequenties van de twee opgelegde monochromatische golven voor ondiep water worden gevarieerd valt weer dezelfde trend te ontdekken als bij de overdrachtsfunctie van Sand. Daarnaast komt de grootte van de waarde van de overdrachtsfunctie goed overeen bij ondiep water. Bij tussenliggend en diep water valt het weer op dat de waarde van voor SWASH niet overeenkomt met de theoretische waarde van . Vervolgens wordt aan de inkomende rand van het domein een spectrum opgelegd. Bij opleggen van het spectrum zal gebruik gemaakt worden van een tweede orde correctie waarbij gebonden lange golven aan de inkomende rand van het domein worden toegevoegd. Het tijdsignaal wat geproduceerd is door SWASH wordt eerst omgezet naar een energiespectrum. Aan de hand van het energieniveau van de gebonden lange golf wordt de significante golfhoogte berekend. Hierna kan deze significante golfhoogte van SWASH worden vergeleken met een theoretische waarde voor de significante golfhoogte die gegeven is in Vis(1986). Bij deze vergelijking valt op dat de significante golfhoogte van de theoretische waarde voor gebonden lange golf in Vis(1986) goed overeenkomt met de significante golfhoogte van de gebonden lange golf van SWASH. Kortom, er is met behulp van dit onderzoek een goede eerste stap gezet voor het modelleren van gebonden lange golven in SWASH. SWASH is in staat om de lange golf te modelleren en speelt in op de generatie van de super harmonische componenten. Daarnaast komt de overdrachtsfunctie van de gemodelleerde lange golf voor ondiep water goed overeen met de theoretische waarde voor de gebonden lange golf. Tevens valt uit een eerste analyse van de tweede orde correctie functie op dat deze goede resultaten vertoont. Uiteindelijk zal er wel meer onderzoek moeten worden gedaan naar de ontstane lange golf om te kijken of SWASH daadwerkelijk geschikt is voor het modelleren van gebonden lange golven.
Item Type:Essay (Bachelor)
Faculty:ET: Engineering Technology
Subject:56 civil engineering
Programme:Civil Engineering BSc (56952)
Link to this item:http://purl.utwente.nl/essays/64503
Export this item as:BibTeX
EndNote
HTML Citation
Reference Manager

 

Repository Staff Only: item control page