فنی

ادداشت
ی

فنی

ادداشت

ی

بررسی آزمایشگاهی ارتفاع بهینه تیغه بر روی میزان عبور امواج از
موج شکنهای شناور پانتونی تیغه ای

1هادی حسین زاده1*، فریدون وفایی2، پیمان آق تومان3

کارشناس ارشد سازههای دریایی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
استادیار بخش مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
کارشناس ارشد فیزیک دریا، مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی
چکیده
در تحقیق حاضر ارتفاع بهینه تیغه جهت کاهش عبور امواج از موج شکن های شناور پانتونی تیغه ای با استفاده از مدل فیزیکی مورد بررسی قرار گرفته است. تعداد 54 آزمایش بر روی سه مدل پانتونی، با ارتفاع تیغه هـای مختلـف (8، 16و 24 سـانتیمتر) در فلوم موج مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیـزداری جهـاد کـشاورزی انجـام شـده اسـت. تـاثیر پارامترهـای هیـدرودینامیکی وهمچنین هندسه سازه بر روی میزان عبور امواج از این نوع موج شکن ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش اثـر افـزایشارتفاع تیغه و همچنین نسبت ارتفاع بهینه تیغه به عمق آب مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: موج شکن شناور، موج شکن پانتونی تیغه ای، موج شکن پانتونی با افزودن تیغه

TECHNICAL NOTE

TECHNICAL NOTE

1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF OPTIMUM
SKIRT HEIGHT ON WAVES TRANSMISSION FROM SKIRT PONTOON TYPE FLOATING BREAKWATERS

H.Hosseinzadeh1 , F.Vafaee 2,P. Aghtuman3
1-Faculty of Civil Engineering, K.N.Toosi University
2-Faculty of Civil Engineering, KNToosi University of Technology 3-Soil conservative and watershed Research center

Abstract
In the present paper optimum height of skirt of Skirt Pontoon Floating Breakwater are reported by physical model. 54 tests on 3 types (skirt heights : 8,16 and 24 cm) of skirt pontoon floating breakwater is conducted in the wave flume of Soil Conservative and Watershed Research Center. Hydrodynamical and geometrical parameters were analysised. In this research optimum height of skirt to water depth ratio is determined.
Keywords: floating breakwater, skirt pontoon breakwater, floating pontoon whit a membrane

[email protected] نویسنده مسوول مقاله *

1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

1- مقدمه
موجشکنها سازههایی هستند که با کـاهش ارتفـاعامواج تابشی، لنگرگاه امنی را برای پهلـوگیری شـناورهاایجاد مینمایند. موجشکنهای شناور جایگزین مناسبیبرای موجشکنهای تودهسـنگی در شـرایط عمـق زیـاددریا، بستر نامناسب، نرخ رسوبگذاری بالا، در اقلیم موجملایم محسوب می شوند. از مزایای دیگر موج شکنهـایشناور نسبت به مـوجشـکنهـای سـنتی مـیتـوان بـهجابجایی آسان سازه و ملاحظات زیست محیطـی(عـدممــسدود نمــودن آب درون حوضــچه) اشــاره کــرد.
موج شکنهای شناور قسمتی از امواج تابشی را انعکـاسداده و مقداری از انرژی موج را از خود عبـور مـیدهـد .
عملکرد این سازههـا توسـط ضـریب عبـوری سـنجیدهمیشود که نسبت بین ارتفاعات امواج عبوری به امـواجتابشی میباشد. این سازههای شـناور در شـرایط اقلـیممـوج ملای م (پری ود امـواج کمت ر از 5 ثانی ه) ک اربرد بیشتری دارند . اگرچـه هنـوز در کـشور مـا مـوجشـکنشناور ساخته نشده اما در نقاط مختلـف دنیـا بـه طـورفراوان طراحی و ساخته شدهاند. با تحقیقات بعمل آمدهمناطق بین سواحل شمالی جزیره قشم و جنوب اسـتانهرمزگان قابلیت ساخت موجشـکنهـای شـناور وجـود
دارد. مــوج شــکن پــانتونی تیغــه ای یکــی از انــواع موجشکنهای شناور است. تا کنون تحقیقـاتی در مـوردموج شکن های شناور پانتونی تیغه ای انجام شده است :
Carver (1979) بـــا مطالعـــات آزمایـــشگاهی روی موجشکن پانتونی نشان داد نـسبت عـرض پـانتون بـهطول موج پارامتر مهمی است و همچنین افزودن تیغـهبه پانتون تاثیر ناچیزی در کاهش عبور امواج دارد [1].
ضخامت 8/1 سانتیمتر استفاده شده است. عمق آب در
براساس مطالعات آزمایـشگاهیHermanson (2008)، موجشـکن پـانتونی را بـا افـزودن تیغـه عمـودی مـوردبررسی قرار داد. تاثیر ارتفـاع تیغـه، میـزان نفوذپـذیریتیغه و تـاثیر جـنس مهـار روی ضـریب عبـوری مـوردمطالعه قرار گرفت. نتایج، کـاهش 12 درصـدی ضـریبعبوری را برای افزودن تیغه نشان میداد. همجنین تیغهنفوذپذیر تاثیر بیشتری را در کاهش ارتفاع امواج عبوری از خود نشان داد. مهارهای الاستیک نسبت به مهارهای غیرالاستیک ضـریب عبـوری کـوچکتری را نـشان دادهاست [2].
در کشور ما هم مطالعاتی در زمینه موجشکن های شناور پـانتونی تیغـه ای انجـام شـده اسـت. فروزنـده (2006) بررسـی آزمایــشگاهی را روی تــاثیر ارتفــاع تیغــه رویمیزان انعکاس و انتقال امواج انجام داده است. براسـاسنتایج ایشان بـا افـزایش ارتفـاع تیغـه، ضـریب عبـوریکاهش و ضریب انعکاس افزایش می یابد [3].
اســحاقی (2007) تــاثیر ارتفــاع تیغــه روی مهارهــایموجشکن شناور را مورد بررسی قرار داد [4]. بطور کلی به نظر می رسد که افزودن ارتفاع تیغه تا حدی از عمـقعملکرد مطلوبی در کاهش امواج عبوری داشته و ارتفاعبـیش از انـدازه تیغـه تـاثیر معکـوس بـر روی عملکـرد موج شکن خواهد داشت. در تحقیق حاضر بـا توجـه بـهداده های آزمایشاتی که در فلـوم مـوج مرکـز تحقیقـاتحفاظت خاک و آبخیزداری جهاد کشاورزی انجام شده،ارتفــاع بهینــه تیغــه جهــت کــاهش عبــور امــواج ازموججشکنجـج های شناور پانتونی تیغه ای مورد بررسی قـرارگرفته است.

انجام آزمایشات
انتخاب مدل ها
جهت بررسی ارتفاع بهینه تیغه جهت کاهش عبـورامواج از موج شکنجـج های شناور پـانتونی تیغـه ای از سـهمــدل پــانتونی بــا افــزودن تیغــه هــای 8، 16 و 24 سانتیمتری استفاده شـده اسـت. ارتفـاع ایـن تیغـه هـانسبتی از ارتفاع پانتون انتخاب شده است. نسبت عرضمـوج شـکن بـه طـول مـوج از مهمتـرین پارامترهـا در عملکرد موج شکن های شـناور مـی باشـد کـه بـه دلیـلبررسی ارتفاع تیغه در این مدل ها عـرض مـوج شـکن وارتفاع آبخور پانتون ثابـت در نظـر گرفتـه شـده اسـت.
1268732112263

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

ضخامت تیغه ها برای مدل با تیغـه 8 و 16 سـانتیمتری6/3 سانتیمتر بوده است اما با توجه به اینکه در صـورتاستفاده از تیغه به ضخامت 6/3 سـانتیمتر در مـدل بـاارتفاع تیغه 24 سانتیمتر وزن مدل زیاد شده، از تیغه به تمام آزمایشات برابر 60 سانتیمتر بوده است. طول همهمدلها 85 سانتیمتر و از چهـار مهـار ضـربدری بطـول187 سانتیمتر برای مهار کردن ایـن سـازههـا اسـتفادهشده است . نکته قابل توجه در انجام آزمایـشات مربـوطبه تحقیـق حاضـر ایـن اسـت کـه در آن هـدف اصـلیمحاسبۀ ضرائب انتقـال، انعکـاس بـود. بـرای مهارهـا ازســیمهای ویلــون بــه قطــر 5/0 میلیمتــر و بــی وزن (وزن واحد طول 001/0 کیلوگرم بر متر) که به سـختیتغییر شکل میدادند استفاده شد. با توجه به مشخصاتفلوم موج و تجهیزات آزمایشگاهی مقیـاس مـدل 1:10 در نظر گرفته شده است. مشخصات مـدل در جـدول 1 ارائه شده است. شکل 1 بعنوان نمونـه مـدل بـا ارتفـاعتیغه 8 سانتیمتری را نمایش میجدهد.

ساخت و برپایی مدل مدل های فیزیکی شـناور از جـنس چـوب ضـد آب
(water proof) ساخته شدند. چوب ضـد آب اسـتفاده
جدول 1- مشخصات مدل ها

با تیغه 24 سانتیمتری با تیغه 16 سانتیمتری با تیغه 8 سانتیمتری مدل ها
7/47 8/60 6/34 کیلوگرم [kg]
24 24 24 عرض پانتون [cm]
8 8 8 ارتفاع پانتون [cm]
2 2 2 آبخور پانتون [cm]
1/8 3/6 3/6 ضخامت تیغه [cm]

شکل 1- مشخصات مدل پانتونی با تیغه 8 سانتیمتری

شده از چوب 9 لایهای به ضخامت 18 میلیمتر، کـه دراثر قرار گـرفتن در آب هیچگونـه تغییـر شـکلی در آنایجاد نمی گردد تشکیل شده است.
برای رسیدن به آبخور مورد نظر در مدلها باید بعـضی ازمدلها سنگین میشدند برای این کار از یکسری ورقهایفلزی با ضخامت کم و با ابعاد و وزن های مـشخص کـهبه صورن متقارن در کفسازه قرار مـیگرفـت، اسـتفادهشد. این ورقها قبل از بستن درب مدل ها، به کف مـدلبا چسب چسبانده شدند و بعد از بـستن درب مـدل درداخل آب ساکن تراز شدند و آبخور لازم آنها کنترل شدو دوباره از آب خارج شده و با چسب آببنـدی شـدند، با این روش دیگر احتیاجی به بالانس کردن سـازه پـساز هر آزمایش نبود چـون اجـسام داخـل مـدل قابلیـتجابجایی و بر هم زدن آبخور سازه را نداشتند.

1268732112263Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

برای اتصال سیستم مهار به مـوجشـکن از چهـار قـلابفلزی که به چهار گوشه مدلها بسته میشدند، اسـتفادهشد. این قلابها در داخل مدل پیچ شـدند و جـدا شـدنآنها از مدل غیرممکن است . در انجـام آزمایـشات بـرایمهارها از سیمهای ویلون به قطر 5/0 میلیمتر اسـتفادهشد. در تمام آزمایشات از مهارهای متقاطع با نـسبت 1 به 3 استفاده شد. به این معنا کـه فاصـله اصـلی محـلاتصال م هار از انتهای لنگر تا لبه مـوجشـکن سـه برابـرعمق آب می باشد. برای اتصال سیستم مهار ابتـدا کـففلوم با شاقول و متر علامـتگـذاری شـده و سـپس بـادریل سوراخ و داخل سوراخ آن رولپلاک قرار داده شد وقلابها در داخل رول پلاک پیچ شدند.

2-3- مشخصات امواج
ارتفاع امواج بین 2 تا 12 سانتیمتر در نظـر گرفتـهشده است . همچنین پریـود امـواج بـین 63/0 تـا 26/1 ثانیه انتخاب شده تا تیزی امواج بین 01/0 تا 1/0 قـرارگیرد. طیف انرژی موجی که بـرای آزمایـشات انتخـابشده ، طیف JONSWAP است.

2-4- مشخصات فلوم موج فلــوم مــوج مرکــز تحقیقــات حفاظــت خــاک وآبخیزداری جهـاد کـشاورزی 33 متـر طـول، 5/5 متـرعرض و 5/1 متر ارتفاع دارد که توسط دو دیواره به سهقسمت مجزا تقسیم شـده اسـت (شـکل 2). ایـن فلـوممجهز به پاروی مولد موج هیـدرولیکی کـه قـادر اسـتموج نامنظم تولید کند و در انتهای دیگـر فلـوم جـاذبسنگی موج قرار دارد.

2-5- روش اندازه گیری
برای ثبت نتایج آزمایشات از پـنج دسـتگاه سنـسورارتفاع سنج موج اسـتفاده شـده اسـت. دو عـدد از ایـنسنسورها یکی در جلو و دیگری در پشت سازه در یـکامتداد برای ثبت ارتفاع موج تابشی و انتقـالی قـرار دادهشدند. فاصله سنسورها تا سازه به انـدازه 30 سـانتیمتردر نظر گرفته شده است. این مقدار از یک چهارم طـولموج کمترین طول موجها کمتـر بـوده تـا امـواج تفـرقیافته از جانب سازه تاثیری بر امواج عبور کرده از سـازهنداشته باشند . سه عدد از آنها نیز در حـد فاصـل بـینپارو و سازه نصب شدند . سنـسورهای اخیـر بـرای ثبـتضریب انعکاس موج براسـاس روش منـسارد (1980.م) در این محل قـرار داده شـدند. در روش منـسارد امـواجتابشی و بازتابی در ثبت همزمان نیم رخ موج توسط سه سنسور مجاور هـم و مـوازی بـا جهـت انتـشار امـواج وتحلیــل روش حــداقل مربعــات از همــدیگر تفکیــک میشوند. نکته حائز اهمیت در این روش تعیـین فاصـلهبین سنسورها است . همچنین به منظور صـرفنظرنمودناز اغتــشاشات ســطح آب در نزدیکــی ســازه و پــارو،سنسورها باید حداقل یک طول موج (طول موج متناسب با پریود پیک) با سازه و پارو فاصـله داشـته باشـند کـهبهترین حالت زمانی است که سنـسورها در حـد وسـطسازه و پارو قرار گیرند. پس از ثبـت آزمایـشات توسـطسنسورهای ارتفاعسنج موج باید ارتفاع موثر امواج برایتجزیه و تحلیل آزمایشات محاسبه شوند. نرم افـزارWS قــادر اســت انــدازه گیــری هــای انجــام شــده توســطسنسورهای ارتفاعسنج را به صورت تاریخچه زمانی ارائهکند. بنابراین با داشتن تاریخچه زمانی موجها مـیتـوانارتفاعHmo امواج پشت سـازه و پـای سـازه را توسـطروابط زیر محاسبه کند.

m0 =∑ηi2 (1)
972311239305

n Hmo ≈H s = 3.81 mo (2)

در راب طه (1) 0m لنگر صـفرم طیـف مـوج،ηi پروفیـلسطح آب وn تعداد ارتفاع انـدازه گیـری شـده توسـطسنسور می باشد.
سنسور نصب شده پای موجشکن ارتفاع مـوج تابـشی ومنعکس شده را همزمان ثبت میکند. بنابراین از رابطـهبدست آمده از اصل بقای انرژی مـیتـوانHi ( ارتفـاعموج برخوردی) را محاسبه نمود.

417580120853

Hi = 1H+i+Cr r 2 (3)

1268732112263Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

Downloaded from marine-eng.ir at 17:19 +0330 on Monday October 30th 2017

در رابطــه (3) Hi+r ارتفــاع مــوج پــای ســازه و Cr ضریب انعکاس می باشد.

2-6- خطاها و روش های کاهش آن در تبدیل ابعاد پارامترهای نمونه واقعی بـه مـدل ونیز تبدیل پارامترهای انـدازهگیـری شـده در مـدل بـهنمونه واقعی از قانون مدل فـرود اسـتفاده شـده اسـت.
امـواج ب ا پری ود کوتـاهی ک ه در آزمای شات داش تند، تنش های برشـی قابـل ملاحظـه ای را نمـی توانـستندتولید کنند . لذا امواج لزجت بسیار ناچیز و عدد رینولدزبسیار بالایی دارند. بنا به دلایل ذکـر شـده مـی تـوان ازمعیار رینولـدز در مدلـسازی صـرفنظر کـرد. همچنـینخطاهای ناشی از کشش سطحی قابل ملاحظـه نیـست. در ایـن پــژوهش یک ی از محــدودیت ه ای آزمایــشات استفاده از آب شیرین بجای آب دریا بوده است.
یکی از خطاهایی که می تواند رخ دهد



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید