A theoretical formulation is performed to investigate the wave reflection and transmission ratios by a submerged multi-layered rubble-mound breakwater. This theory, which is based on the linear boundary integral method, can be extended to the multi-layered breakwater with arbitrary cross section. In the theoretical analysis evanescent mode wave is not considered, since fictitious open boundaries are put on the places far from the structure. Therefore the mathematical presentation may be simpler, and computational time shorter. The validity of obtained numerical results is demonstrated by comparing with ones of impermeable and permeable breakwaters. Comparison shows resonable agreement. On the basis of these verifications this theory is applied to the one and two-layered submerged rubble-mound breakwater with trapezoidal type.
Lee, Dal Soo;Oh, Sang-Ho;Park, Yi-Dong;Jeong, Weon-Mu
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.25
no.3
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pp.172-180
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2013
The focus of this study is to provide a method for determining the dimension of a submerged breakwater satisfying the target transmission performance or predicting the transmission coefficient of a given structure. This method was developed based on data analysis of the physical experiment that was carried out by using the submerged breakwater composed of double-layer permeable blocks. Two different armor blocks of Tetrapod and Triangular Pyramid Block were used in the experiment. The parameter $K_Th_b/h$ was introduced in the analysis of the measurement data. By using the linear regression line deduced from the analysis of the experimental data, it was possible to readily predict the wave transmission coefficient irrespective different water depths at the crest of the submerged breakwater, under the condition of significant decrease in transmitted wave height due to the submerged breakwater. This method can be effectively utilized for estimating the necessary number of blocks used for the submerged breakwater as well as comparing the transmission characteristics of the submerged breakwater according to use of different armor blocks.
Recently, the interests of the construction of the permeable submerged breakwaters have been increased to preserve and to improve the coastal environment, and to control the incident waves and littoral transport. It is very important to predict the wave transformation precisely over the permeable submerged breakwaters. This study discusses nonlinear wave transformation and characteristics by using BEM based on the frequency domain method of the 3rd-order Stokes waves. The Dupuit-Forchheimer formula is applied to the analysis of the fluid resistance of rubble stones, and the equation about equivalent linear frictional coefficient is newly modified based on the Lorentz's condition for the equivalent work. The numerical results are compared with the experimental ones for verification. These two results give a close agreement each other. It is confirmed that the present method of the 3rd-order Stokes waves estimates more precisely than that of the 2nd-order Stokes waves.
Lee, Kwang Ho;Kim, Chang Hoon;Jeong, Seong Ho;Kim, Do Sam
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.3B
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pp.323-334
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2008
Present study examined the functionality of the solitary wave (tsunami) control of the two-rowed porous submerged breakwater by numerical experiments, using a numerical wave tank which is based on the Navier-Stokes equation to explain fluid fields and uses a Volume of Fluid (VOF) method to capture the free water surface. Solitary wave was generated by the internal wave source installed within the computational zone in the numerical wave tank and its wave transformations by structure were compared with those in the previous study. Comparisons with the precious numerical results showed a good agreement. Based on these results, several tow-dimensional numerical modeling investigations of the water fields, including wave transformations, reflection, transmission and energy flux, by the one- and two-rowed permeable submerged breakwater under solitary waves were performed. Even if, it is a research of the limited scope, in case of two-rowed permeable submerged breakwater with $h_0/h=0.925$ ($h_0$ is height of submerged breakwater and h is water depth), the wave height damping in range of $l/L_{eff}>0.4$($L_{eff}$ is effective distance of solitary wave) can reach nearly 60% of the incident wave height. In addition, it is found that reflection coefficient increases nearly 47% and transmission coefficient decreases nearly 18% than one-rowed one. The numerical results revealed that the tow-rowed submerged breakwater can control the incident solitary wave economically and more efficiently than the one-rowed one.
This study proposes an improved 3-D model that includes a new non-reflected wave generation system for oblique incident and multi-directional random waves, which enables us to estimate the effect of the various wave-types on 3-D wave fields in a coastal area with permeable submerged breakwaters. Then, using the numerical results,the three-dimensional wave field characteristics around permeable submerged breakwaters are examined in cases of oblique incident and multi-directional random waves. Especially, the wave height, mean surface elevation and mean flow around the submerged breakwaters are discussed in relation to the variation of incident wave condition.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.14
no.2
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pp.171-181
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2002
Among various numerical methods of wave transformations including wave breaking by structure, models using VOF(Volume Of Fluid) method to trace free surface are getting into the spotlight recently. In order to analyze wave transformations and velocity of the wave fields due to the permeable submerged breakwater(PSB), This study applied VOF method to the two-dimensional wave channel installed line-source to generate waves and added dissipation zone to offer a non-reflective boundary. Hydraulic experiments was performed to obtain the application of two-dimensional numerical wave channel. The results of numerical experiments using the two-dimensional wave channel agree well with the experimental data. It was shown that vortices are formed behind the PSB, and in case of the 2-rowed PSB they also are occurred in between PSBs, strongly non-linear waves are developed on the crown of the PSB, and the direction of velocities in porous media is determined by the shape of free surface.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.2
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pp.39-50
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2018
In this study, the nonlinear interaction of irregular waves with wave breaking and currents around permeable submerged breakwater was investigated with the aid of olaFlow model which is open source CFD software published under the GPL license. The irregular wave performance of olaFlow applied in this study was verified by comparing and evaluating the target frequency spectrum and the generated frequency spectrum for applicability to irregular waves. Based on the applicability of this numerical model to irregular wave fields, in the coexistence fields of irregular waves and currents, the characteristics of wave height, frequency spectrum, breaking waves, averaged velocity and turbulent kinetic energy around porous submerged breakwater with the respect to the beach type and current direction versus wave propagation were carefully investigated. The numerical results revealed that the shape of wave breaking on the crown of the submerged breakwater and the formation of the mean flow velocity around the structure depend greatly on the current directions and the type of the beach. In addition, it was found that the wave height fluctuation due to the current direction with respect to the wave propagation is closely related to the turbulent kinetic energy.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.6
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pp.399-409
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2017
This study numerically investigates the characteristics of the velocity field including the average flow velocity, longshore current and turbulent kinetic energy acting as the main external forces of the salient formed behind the permeable submerged breakwaters. Shoreline response is also predicted by the longshore-induced flux. In this paper, a three-dimensional numerical wave tank based on the OLAFOAM, CFD open source code, is utilized to simulate the velocity field around permeable submerged breakwaters under the formation condition of salient. The characteristics of the velocity field around permeable submerged breakwaters with respect to the gap width between breakwaters and the installing position away from the shoreline under a range of regular waves for different wave height are evaluated. The numerical results revealed that as the gap width between breakwaters increases, the longshore currents become stronger. Furthermore, as the gap width becomes narrower, the point where flow converges moves from the center of the breakwater to the head part. As a result, it is possible to understand the formation of the salient formed behind the submerged breakwaters. In addition, it was found that the longshore currents caused by the gap width between breakwaters and the installation position away from the shoreline are closely related to the turbulent kinetic energy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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