Eksperimentell og numerisk sammenligning av ikke-lineære fokuserte bølger

Abstract

For konstruksjoner som brukes i off-shore-miljø, utføres tester i bølgetanker hvor det blir generert en havtilstand for å representere ikke-lineære bølgelaster. Et alternativ til slike tester er numeriske simuleringer. Computational Fluid dynamics (CFD) er et numerisk verktøy som numerisk fremstiller bølgetanker, og simulerer bølger. Det er ønskelig at numeriske tester skal samsvare med fysiske tester, og dermed være et supplement eller en erstatter til fysiske tester i bølgetanker. Utvikling av bølgeteori har ført til NewWave-metoden som beskriver den kraftigste bølgen fra en havtilstand. Ved å justere amplituder og faser for de ulike frekvensene, vil den mest sannsynlige største bølgen oppstå. Denne metoden gjør det mulig å kun teste for den mest sannsynlige, høyeste bølgen, fremfor hva som er gjort i tradisjonelle tester, hvor det kjøres timeslange tester for en tilfeldig havtilstand [1]. Fokuserte bølger blir brukt for eksperimentelle, og numeriske forsøk i denne masteroppgaven. De eksperimentelle forsøkene ble utført ved Høgskulen på Vestlandet (HVL). Bølgene benyttet i forsøkene bygger på de fokuserte bølgene tatt i bruk av Johannessen [2]. Samtidig vil bølgene bli brakt opp til, og forbi bryting for å undersøke effekten til ikke-lineære, fokuserte bølger. Numeriske og eksperimentelle resultater har blitt sammenliknet for å validere påliteligheten CDFkoder kan gi for høyst ikke-lineære bølger. Dette er gjort ved å progarere ikke-linære fokuserte bølger gjennom en numerisk bølgetank. Resultatene fra forsøkene er sammenliknet ved hjelp av overflatehevingene fra begge metodene. Effektene av ikke-linearitet påvirker både de eksperimentelle resultatene, og de numeriske. Effekter som økning av fokusamplitude, forskyvning av fokuspunkt og økt bratthet, økte i takt med stigende amplitude for bølgene som ble kjørt. Resultatene fra eksperimentelle forsøk viser at bølgene som bryter når en bratthetsterskel, presentert av Toffoli mfl. [3], på ka = 0.55. Overflatehevingene og kinematikken fra simuleringen stemte godt overens for de bratte bølgene og opp forbi bryting.