– . + , % &$# ‘( ) * + # $#” !
/0! #
12*33 نرگس فروزنده، حبيب حكيم زاده 1، پيمان آق تومان ، علي كرمي خانيكي

دانش آموخته دانشگاه صنعتي سهند
دانشيار دانشگاه صنعتي سهند
عضو هيات علمي پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري
چكيده در اين تحقيق تاثير آبخور موجشكن پانتوني و نيز ارتفاع تيغه موجشكن شناور تيغهدار بر ميزان ضرايب انتقال و بازتاب امواج نامنظم دريا مورد بررسي قرار گرفته است. پژوهش حاضر با استفاده از روش آزمايشگاهي در فلوم موج پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري انجام شده است. امواج تابيده شده به مدل از نوع نامنظم و طيف انرژي موج مربوطه JONSWAP بوده است. همچنين محدوده ارتفاع امواج بين 2 تا 21 سانتي متر و پريودهاي ميانگين بين 63/. تا 62/1 ثانيه در نظر گرفته شدهاند .براي بررسي تاثير آبخور موجشكنهاي پانتوني سه مدل آزمايشگاهي با عرض يكسان و آبخور مختلف 8 ، 10 و 21 سانتيمتري مورد آزمايش قرار گرفتهاند. همچنين براي بررسي تاثير ارتفاع تيغه، موجشكنهاي پانتوني با تيغههايي به ارتفاعهاي 8 ، 61 و 42 سانتيمتر مورد آزمايش قرار گرفتهاند و با وضعيت بدون تيغه مقايسه شدهاند .در اين آزمايشات عمق آب 06 سانتيمتر در نظر گرفته شده است. تعداد امواج تابيده شده به مدل در هر سري از آزمايشها 250 موج در نظر گرفته شده است. كلمات كليدي: موجشكن شناور، مدل آزمايشگاهي ،ارتفاع تيغه، ضريب انتقال، ضريب بازتاب

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON EFFECT OF
DRAUGHT, MASS AND SHEET HEIGHT IN PONTOON
FLOATING SHEET BREAKWATERS ON TRANSMISSION
AND REFLECTION COEFFICIENTS SUBJECT TO IRREGULAR WAVES

N. Forouzandeh1, H. Hakimzadeh2, P. Aghtouman3, A. Karami Khaniki4

1-M.Sc. in Marine structures, Faculty of Civil Eng., Sahand University of Technology
2-Associate Professor in Coastal Eng., Faculty of Civil Eng., Sahand University of Technology
3-Member of Academic Staff, Soil Conservation and Watershed Research Institute

Abstract
In this research study, effects of the draught and sheet height in pontoon floating sheetbreakwaters on the transmission and reflection coefficients against irregular sea waves was investigated. The project has been carried out using an experimental method within a wave flume of Soil Conservation and Watershed Research Institute. The incident waves were

[email protected] نويسنده مسوول مقاله *
irregular and the wave spectrum was JONSWAP. The range of wave heights varied between 2 and 12cm and their mean periods were set to be between 0.63 and 1.26 seconds. To investigate the effect of draught in pontoon breakwaters, three experimental model with similar breadth and different draughts of 8, 10 and 12 cm were tested. Also, in order to investigate effect of sheet height in pontoon sheet breakwaters, sheet heights with 8, 16 and 24 cm were examined and compared without sheet case. The water depth was set to be 60 cm. The number of waves for each test was 250.
Keywords: Floating Breakwaters, Experimental Model, Sheet Height, Transmission
Coefficient, Reflection Coefficient

1- مقدمه
در امتداد سواحل مختلف جهان تأسيسات زيادي وجود دارند كه بايد در مقابل امواج دريا محافظت شوند. بيشتر اين تأسيسات نياز به كاهش ارتفاع موج در حد بالايي ندارند و ايجاد موجشكن ثابت در اين نقاط غيراقتصادي است. بنابراين به نظر ميرسد كه موج شكن شناور يك راه حل مناسب در ايجاد محيط بندري آرام در حد قابل قبول باشد. موجشكنهاي شناور در انجام عمليات دريايي مانند عمليات نظامي ،محافظت بنادر تجاري و تفريحي، تفرجگاههاي ساحلي و مكانهاي پرورش ماهي مورد استفاده فراوان دارند.
امروزه موجشكنهاي شناور پانتوني يكي از مرسو مترين نوع موجشكنهاي شناور هستند كه در بنادر قايقهاي تفريحي و نيز بنادر مهم مورد استفاده قرار مي گيرند .بيشتر اين موجشكنها از بتن مسلح ساخته ميشوند و طراحي سازهاي قطعات موجشكن بهگون هاي انجام م يشود كه مونتاژ آن آسان و ارزان قيمت باشد. قطعات اين موج شكن آسان تر از موجشكنهاي ديگر از يكديگر جدا شده و حمل مي شوند .انتقال انرژي موج تابشي از موجشكن شناور موجب ايجاد موج عبور كرده در پشت سازه ميشود و اندازهگيري ارتفاع موج در پشت سازه به منزله سنجش مستقيمي از راندمان موجشكن در كاهش اثر موج است. خرابي ناشي از خستگي در اتصالات بين قطعات موجشكن، خرابي ناشي از خستگي پانتونهاي مجزا كه در نقاط تمركز تنش آنها ظاهر م يشود و نيز خرابي سازه اي كه در اثر ايجاد تركهاي سازه اي ايجاد مي شود از جمله مسائل مطرح موجود در مورد موجشكنهاي پانتوني هستند [1 و .]2 مكاگنو در سال 1953 روابطي را جهت محاسبه ضريب انتقال موج براي يك موج شكن پانتوني توسعه داده است [به نقل از مرجع 2]. وي براي بررسي مقدماتي و براي حالتي كه موج شكن به صورت صلب مهار شده باشد و ضمن نداشتن حركتي، موجي را نيز توليد نكند از مهارهايي مانند مهار شمع نگهدار استفاده كرد. مك كارتني در سال 1985 با معرفي چهار نوع موجشكن جعبهاي، پانتوني، بالشتكي و مهار شده به بررسي مزايا و معايب هر كدام از آنها پرداخت 3[]. همچنين عطارزاده با انجام آزمايشهايي برروي مدل فيزيكي موجشكن شناور پانتوني به بررسي عملكرد اين نوع سازهها در برابر موج پرداخت 4[]. آزمايشات وي در فلوم موج پژوهشكده حفاظت خاك و آبخيزداري انجام شد و تغييرات عرض و آبخور سازه، پريود و ارتفاع موج برروي ضريب انتقال موج و با امواج نامنظم بررسي شده است. طيف موج بكار گرفته شده نيز طيف JONSWAP بوده است. جاويدي و چگيني نيز تحقيقاتي را بر روي چهار مدل آزمايشگاهي با انواع مهاربنديها در اين فلوم موج انجام دادند. طبق نتايج بهدست آمده از اين آزمايشات، راندمان موجشكن شناور پانتوني در مقايسه با موجشكن شناور پانتوني با ديواره انحنادار بيشتر است. همچنين راندمان موجشكن شناور كاتاماران در مقايسه با موجشكن كاتاماران با ديواره انحنائي بيشتر است. آنها نتيجه گرفتند كه موجشكنهاي شناور براي پريودهاي كمتر از 3 ثانيه داراي راندمان بالايي هستند و همچنين موجشكنهاي شناور كاتاماران عملكرد بهتري دارند [5]. همچنين رايت و همكاران در سال 1989 آزمايشاتي را بر روي 61 مدل فيزيكي موج شكن شناور پانتوني در دانشگاه New South Wales انجام دادند.
در اين آزمايشات به بررسي اثر تيغه قائم و بدنه انحنادار پرداخته شده است [6]. كار بر روي مدل فيزيكي موج شكن شناورY شكل توسط ماني در سال 1991
در آزمايشگاه مركز مهندسي اقيانوس انستيتو تكنولوژي هند نيز انجام گرديده است. اين موجشكنها از يك پانتون ذوزنقهاي با يك رديف لوله تشكيل شده است [7]. در سال 1993 ويليام بر روي موجشكنهاي شناور دوتايي تحقيقاتي را انجام داد 8[]. مورالي نيز در سال 1997 بر روي مدلفيزيكي موجشكن شناور قفسي تحقيقاتي را در مركز مهندسي اقيانوس هند انجام داد. اين موج شكن ها شامل دو پانتون ذوزنقه اي با دو رديف لوله نزديك به هم هستند كه فضاي بين دو پانتون از يك شبكه توري به شكل قفس احاطه شده است 9[].
ويليام و همكاران نيز در سال 2000 از يك روش عددي براي محاسبه پارامترهاي بازتاب يك جفت پانتون شناور مجزا و با فاصلهاي از يكديگر استفاده كردند [10]. همچنين تحقيقات آزمايشگاهي وسيعي در مورد موجشكنهاي شناور شيبدار انجام گرفته است كه از جمله آنها ميتوان به كارهاي بايرام در دانشكده فني استانبول تركيه اشاره كرد كه نتايج آن در سال 2000 به چاپ رسيده است [11]. به همين ترتيب ميجتوان به كار نظري صورت گرفته توسط ابولعظم و جسراها اشاره نمود كه بر روي رفتار هيدروديناميكي موج شكن هاي شناور پانتوني تحت اثر امواج مورب در دانشگاه كاريو مصر انجام گرديده است [12]. اين پژوهشگران در تحقيقات خود با استفاده از فرض خطي سازي جريان، ميدان سيال را به سه ناحيه سمت موج سازه، پشت سازه و ناحيه زير سازه تفسيم نمودند. در اين پژوهش كميت هاي متفاوت هيدروديناميكي مانند شكن شناور Y شكل توسط ماني در سال 1991 در آزمايشگاه مركز مهندسي اقيانوس انستيتو تكنولوژي هند نيز انجام گرديده است. اين موجشكنها از يك پانتون ذوزنقهاي با يك رديف لوله تشكيل شده است [7]. در سال 1993 ويليام بر روي موجشكنهاي شناور دوتايي تحقيقاتي را انجام داد 8[]. مورالي نيز در سال 1997 بر روي مدلفيزيكي موجشكن شناور قفسي تحقيقاتي را در مركز مهندسي اقيانوس هند انجام داد. اين موج شكنها شامل دو پانتون ذوزنقهاي با دو رديف لوله نزديك به هم هستند كه فضاي بين دو پانتون از يك شبكه توري به شكل قفس احاطه شده است 9[].
ويليام و همكاران نيز در سال 2000 از يك روش عددي براي محاسبه پارامترهاي بازتاب يك جفت پانتون شناور مجزا و با فاصلهاي از يكديگر استفاده كردند [10]. همچنين تحقيقات آزمايشگاهي وسيعي در مورد موجشكنهاي شناور شيبدار انجام گرفته است كه از جمله آنها ميتوان به كارهاي بايرام در دانشكده فني استانبول تركيه اشاره كرد كه نتايج آن در سال 2000 به چاپ رسيده است [11]. به همين ترتيب ميجتوان به كار نظري صورت گرفته توسط ابولعظم و جسراها اشاره نمود كه بر روي رفتار هيدروديناميكي موج شكن هاي شناور پانتوني تحت اثر امواج مورب در دانشگاه كاريو مصر انجام گرديده است [12]. اين پژوهشگران در تحقيقات خود با استفاده از فرض خطي سازي جريان، ميدان سيال را به سه ناحيه سمت موج سازه، پشت سازه و ناحيه زير سازه تقسيم نمودند. در اين پژوهش كميت هاي متفاوت هيدروديناميكي مانند نيروهاي محرك، جرم افزوده، ضرايب استهلاك، بازتاب و انتقال براي محدوده كاربردي از پارامترهاي موج/سازه مورد مطالعه قرار گرفت. همچنين كوتاندوس و همكاران در سال 2004 با توسعه يك مدل رياضي بر پايه روش عددي تفاضل محدود و با استفاده از مدل بوسينسك به مطالعه رفتار هيدروديناميكي موجشكنهاي شناور ثابت و داراي حركت روبه بالا پرداختند [13]. تحقيقات آزمايشگاهي انجام يافته بر روي ضريب انتقال موجشكنهاي شناور توسط دنگ و همكاران در سال 2008 را نبايد از نظر دور داشت. آنها در تحقيقات خود سه نوع موج شكن تكي، دوتايي و توري عرشهجاي را تحت امواج منظم و در حالتجهاي جريان و بدون جريان مورد آزمايش قرار داده و نوع سوم را به جهت سادگي و اقتصادي براي حفاظت و به دامجاندازي ماهيجها مناسب تشخيص دادند [14]. سر انجام ميجتوان به تحقيقات آزمايشگاهي ونگ و سان در مورد موج شكنجهاي شناور مشبك در سال 2010 اشاره نمود. سازه مورد نظر آنها از تعداد زيادي از بلوكجهاي الماسي شكل به گونهجاي ساخته شده بود كه ارتفاع موج انتقال يافته و نيروي مهار را كاهش دهد [15]. جزييات
بيشتر در مورد تاريخچه موججشكنجهاي شناور و نيزتحقيقات انجام شده بر روي آنها در مرجع فروزنده آورده شده است [16]. در اين مقاله ضمن بررسي تاثير آبخور موجشكن شناور پانتوني، تاثير اندازه و طول تيغه موجشكن شناور تيغهدار نيز بر روي ضرايب انتقال و بازتاب با استفاده از روش آزمايشگاهي مورد تحقيق قرار گرفته است.

2- پارامترهاي هيدروليكي
در بررسي مشخصات امواج، معمولترين پارامتر بدون بعد براي بيان مشخصات موج پارامتر تيزي موج است:

Hi som =

(1)
Lm

كه در آن داريم:

gTm22πd
46331974767

Lm =tanh() ()2
2πLm

در روابط 1() و)2( Hi ارتفاع موج تابشي (معمولأ ارتفاع موج مشخصه Lm ،( H S طول موج بدست آمده از پريود ميانگين (Tm ) وd عمق آب است.
تمامي سازههايي كه در معرض برخورد امواج قرار دارند درصدي از اين امواج را باز ميتابانند، ميزان بازتاب امواج با ضريب بازتاب سازه،Cr ، نمايش داده ميشود.
اين ضريب نسبت ارتفاع موج بازتابي به ارتفاع موج تابشي است (يا جذر نسبت انرژي موج بازتابي به انرژي موج تابشي).

Cr =

i
r
i
r
E
E
H
H
=

i

r

i

r

E

E

H

H

=

همچنين ميزان انتقال امواج با ضريب انتقال،Ct ، نمايش داده ميشود. اين ضريب نسبت ارتفاع موج انتقالي به ارتفاع موج تابشي است و با در نظر گرفتن اينكه انرژي موج متناسب با توان دوم ارتفاع موج است ،از اينرو خواهيم داشت:

Ct =

i
t
i
t
E
E
H
H
=

i

t

i

t



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید