Встановлення закономірностей зміни коефіцієнтів відбиття, проникнення та дисипації енергії хвиль у залежності від параметрів проникної вертикальної стінки

Автор(и)

  • Артур Миколайович Онищенко Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-1040-4530
  • Віталій Володимирович Ковальчук Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-4350-1756
  • Володимир Анатолійович Воскобійник Інститут гідромеханіки Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0003-2161-6923
  • Андрій Володимирович Воскобійник Інститут гідромеханіки Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-8045-8625
  • Сергій Юрійович Аксьонов Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-6749-3909
  • Денис Володимирович Труденко Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0009-0001-3720-1952
  • Сергій Веніамінович Гревцов Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0003-2925-4293

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.309969

Ключові слова:

гравітаційна хвиля, проникна вертикальна стінка, проникнення хвилі, дисипація енергії хвилі

Анотація

Об’єктом досліджень є проникні вертикальні стінки (хвилеломи) із різним ступенем проникнення.

Приведено результати експериментальних досліджень взаємодії гравітаційних хвиль з моделями проникних вертикальних стінок (хвилеломів), які було утворено із циліндричних паль кругового перерізу.

За допомогою візуальних та інструментальних досліджень визначені особливості взаємодії поверхневих гравітаційних хвиль з проникними вертикальними стінками різної проникності. Також визначено ступінь трансформації хвиль цими стінками у вигляді коефіцієнтів відбиття, проникнення та дисипації енергії хвиль.

Встановлено, що зі зменшенням проникності вертикальної стінки та збільшенням крутизни початкової хвилі і зменшенням її періоду висота відбитої хвилі збільшилася. Поведінка висоти проникної хвилі мала протилежну тенденцію.

Визначено, що коефіцієнт відбиття хвилі збільшився зі зменшенням проникності вертикальної стінки та крутизни початкової хвилі. Коефіцієнт проникнення хвилі мав протилежну тенденцію, а саме, збільшився зі збільшенням проникності стінки та зі зменшенням крутизни початкової хвилі. Коефіцієнт дисипації енергії гравітаційної хвилі зменшувався зі збільшенням проникності вертикальної стінки. Для хвиль зі значною крутизною hi/λ>0,038 спостерігалося зменшення коефіцієнта дисипації енергії хвилі для стінок з малою проникністю та поява екстремальних значень цього коефіцієнту.

Таким чином, визначено особливості взаємодії поверхневих гравітаційних хвиль з проникними вертикальними стінками (хвилеломами) різної проникності. Також визначено ступінь трансформації хвиль цими стінками, що дозволить ефективно проєктувати та експлуатувати проникні вертикальні стінки у якості берегозахисних споруд

Біографії авторів

Артур Миколайович Онищенко, Національний транспортний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра мостів, тунелів та гідротехнічних споруд

Віталій Володимирович Ковальчук, Національний університет «Львівська політехніка»

Доктор технічних наук, професор

Кафедра залізничного транспорту

Володимир Анатолійович Воскобійник, Інститут гідромеханіки Національної академії наук України

Доктор технічних наук, старший науковий співробітник, завідувач відділу

Науково-дослідний відділ гідродинаміки хвильових та руслових потоків

Андрій Володимирович Воскобійник, Інститут гідромеханіки Національної академії наук України

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Науково-дослідний відділ гідробіоніки та керування примежовим шаром

Сергій Юрійович Аксьонов, Національний транспортний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра мостів, тунелів та гідротехнічних споруд

Денис Володимирович Труденко, Національний транспортний університет

Аспірант

Кафедра мостів, тунелів та гідротехнічних споруд

Сергій Веніамінович Гревцов, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра транспортних технологій

Посилання

  1. Ahmed, H. (2011). Wave interaction with vertical slotted walls as a permeable breakwater. Bergische University of Wuppertal.
  2. Isaacson, M., Premasiri, S., Yang, G. (1998). Wave Interactions with Vertical Slotted Barrier. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 124 (3), 118–126. https://doi.org/10.1061/(asce)0733-950x(1998)124:3(118)
  3. Poguluri, S. K., Cho, I. H. (2020). Wave dissipation over a horizontal slotted plate with a leeside vertical seawall: analytical and numerical approaches. Coastal Engineering Journal, 63 (1), 52–67. https://doi.org/10.1080/21664250.2020.1850396
  4. Simpson, R. L. (2001). Junction Flows. Annual Review of Fluid Mechanics, 33 (1), 415–443. https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.33.1.415
  5. Voskobijnyk, A., Voskoboinick, V., Voskoboinyk, O., Tereshchenko, L., Khizha, I. (2016). Feature of the vortex and the jet flows around and inside the three-row pile group. Scour and Erosion. https://doi.org/10.1201/9781315375045-114
  6. Voskoboinick, V., Onyshchenko, A., Voskoboinyk, O., Makarenkova, A., Voskobiinyk, A. (2022). Junction flow inside and around three-row cylindrical group on rigid flat surface. Heliyon, 8 (12), e12595. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e12595
  7. Han, M. M., Wang, C. M. (2022). Potential flow theory-based analytical and numerical modelling of porous and perforated breakwaters: A review. Ocean Engineering, 249, 110897. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.110897
  8. Hayashi, T., Hattori, M., Kano, T., Shirai, M. (1966). Hydraulic Research on the Closely Spaced Pile Breakwater. Coastal Engineering in Japan, 9 (1), 107–117. https://doi.org/10.1080/05785634.1966.11924676
  9. Reddy, M. S., Neelamani, S. (1992). Wave transmission and reflection characteristics of a partially immersed rigid vertical barrier. Ocean Engineering, 19 (3), 313–325. https://doi.org/10.1016/0029-8018(92)90032-y
  10. Suh, K. D., Park, W. S. (1995). Wave reflection from perforated-wall caisson breakwaters. Coastal Engineering, 26 (3-4), 177–193. https://doi.org/10.1016/0378-3839(95)00027-5
  11. Uday A. Alturfi, Abdul-Hassan K. Shukur (2023). Investigation of Energy Dissipation for Different Breakwater Based on Computational Fluid Dynamic Model. CFD Letters, 16 (1), 22–42. https://doi.org/10.37934/cfdl.16.1.2242
  12. Zhang, C., Wang, L., Xu, M. (2023). Study on the Damping Effect and Mechanism of Vertical Slotted Screens Based on the BM-MPS Method. Journal of Marine Science and Engineering, 11 (7), 1270. https://doi.org/10.3390/jmse11071270
  13. Prasad, N. M., Kaligatla, R. B., Tabssum, S. (2021). Wave interaction with an array of porous walls in a two-layer ocean of varying bottom topography. Meccanica, 56 (5), 1087–1108. https://doi.org/10.1007/s11012-021-01327-1
  14. Poguluri, S. K., Cho, I. H. (2020). Analytical and numerical study of wave interaction with a vertical slotted barrier. Ships and Offshore Structures, 16 (9), 1012–1024. https://doi.org/10.1080/17445302.2020.1790299
  15. George, A., Cho, I. H. (2020). Hydrodynamic performance of a vertical slotted breakwater. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 12, 468–478. https://doi.org/10.1016/j.ijnaoe.2019.12.001
  16. Alkhalidi, M., Alanjari, N., Neelamani, S. (2020). Wave Interaction with Single and Twin Vertical and Sloped Slotted Walls. Journal of Marine Science and Engineering, 8 (8), 589. https://doi.org/10.3390/jmse8080589
  17. Choopanizade, M. J., Bakhtiari, M., Rostami, M. (2020). Wave transmission through the perforated half-depth block-made wall breakwater: An experimental study. Ocean Engineering, 215, 107895. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.107895
  18. Voskoboinick, V. A., Gorban, I. M., Voskoboinick, A. A., Tereshchenko, L. N., Voskoboinick, A. V. (2020). Junction Flow Around Cylinder Group on Flat Platee. Contemporary Approaches and Methods in Fundamental Mathematics and Mechanics, 35–50. https://doi.org/10.1007/978-3-030-50302-4_3
  19. Voskoboinick, V., Khomitsky, V., Voskoboinyk, O., Tereshchenko, L., Voskoboinick, A. (2021). Wave loads on protective dam of the Marine channel of the Danube-Black sea. Journal of Hydro-Environment Research, 35, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.jher.2021.01.003
  20. Krishnendu, P., Ramakrishnan, B. (2021). An Experimental Study on Interaction of Regular Waves with Steep Inclined Perforated Plates. Experimental Techniques, 46 (1), 17–26. https://doi.org/10.1007/s40799-021-00463-3
  21. Sathyanarayana, A. H., Suvarna, P. S., Banagani, V. K. Y., Umesh, P., Shirlal, K. G. (2024). Investigating the wave attenuation capabilities of rectangular pile head breakwater: A physical modelling approach. Ocean Engineering, 298, 117251. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.117251
  22. Sathyanarayana, A. H., Suvarna, P. S., Umesh, P., Shirlal, K. G. (2023). Investigation on innovative pile head breakwater for coastal protection. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part M: Journal of Engineering for the Maritime Environment, 238 (1), 37–56. https://doi.org/10.1177/14750902231155677
  23. Xu, C., Huang, Z. (2023). A laboratory study of wave-induced local scour at an emergent pile breakwater. Ocean Engineering, 270, 113618. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2023.113618
  24. Zhao, S., Ji, C., Sun, Z., Yu, H., Zhang, Z. (2022). Effects of the gap on the local scour around two tandem piles in shallow flows. Ocean Engineering, 246, 110575. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2022.110575
  25. Voskoboinick, A., Voskoboinick, V., Turick, V., Voskoboinyk, O., Cherny, D., Tereshchenko, L. (2020). Interaction of Group of Bridge Piers on Scour. Advances in Computer Science for Engineering and Education III, 3–17. https://doi.org/10.1007/978-3-030-55506-1_1
  26. Voskoboinick, V., Kornev, N., Turnow, J. (2012). Study of Near Wall Coherent Flow Structures on Dimpled Surfaces Using Unsteady Pressure Measurements. Flow, Turbulence and Combustion, 90 (4), 709–722. https://doi.org/10.1007/s10494-012-9433-9
  27. Voskoboinik, V. A., Voskoboinik, A. A., Turik, V. N., Voskoboinik, A. V. (2020). Space and Time Characteristics of the Velocity and Pressure Fields of the Fluid Flow Inside a Hemispherical Dimple Generator of Vortices. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 93 (5), 1205–1220. https://doi.org/10.1007/s10891-020-02223-3
  28. Neelamani, S., Al-Anjari, N. (2021). Experimental investigations on wave induced dynamic pressures over slotted vertical barriers in random wave fields. Ocean Engineering, 220, 108482. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.108482
  29. Onyshchenko, A., Ostroverkh, B., Potapenko, L., Kovalchuk, V., Tokin, O., Harkusha, M. et al. (2022). Devising a procedure to calculate and analyze parameters for passing the flood and breakthrough wave taking into consideration the topographical and hydraulic riverbed irregularities. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (115)), 6–16. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252710
  30. Onyshchenko, A., Ostroverkh, В., Potapenko, L., Kovalchuk, V., Zdolnyk, O., Pentsak, A. (2024). Devising a procedure for integrated modeling of riverbed shape in the area of bridge crossing in order to avoid dangerous washing erosion. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (1 (127)), 23–32. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.298675
Встановлення закономірностей зміни коефіцієнтів відбиття, проникнення та дисипації енергії хвиль у залежності від параметрів проникної вертикальної стінки

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-28

Як цитувати

Онищенко, А. М., Ковальчук, В. В., Воскобійник, В. А., Воскобійник, А. В., Аксьонов, С. Ю., Труденко, Д. В., & Гревцов, С. В. (2024). Встановлення закономірностей зміни коефіцієнтів відбиття, проникнення та дисипації енергії хвиль у залежності від параметрів проникної вертикальної стінки. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(5 (130), 45–56. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.309969

Номер

Том 4 № 5 (130) (2024): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Artur Onyshchenko, Vitalii Kovalchuk, Volodymyr Voskoboinick, Andrii Voskobiinyk, Sergii Aksonov, Denys Trudenko, Serhii Hrevtsov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.