Wave run-up is an important phenomenon that should be considered in ocean structure design. In this study, the wave run-up of a surface-piercing circular cylinder was calculated in the time domain using the three-dimensional linear and fully nonlinear numerical wave tank (NWT) techniques. The NWT was based on the boundary element method and the mixed Eulerian and Lagrangian method. Stokes second-order waves were applied to evaluate the effect of the nonlinear waves on wave run-up, and an artificial damping zone was adopted to reduce the amount of reflected and re-reflected waves from the sidewall of the NWT. Parametric studies were conducted to determine the effect of wavelength, wave steepness, and the draft of the cylinder on the wave run-up of the cylinder. The maximum wave run-up value occurred at 0°, which was in front of the cylinder, and the minimum value occurred near the circumferential angle of 135°. As the diffraction parameter increased, the wave run-up increased up to 1.7 times the wave height. Furthermore, the wave run-up was 4% higher than the linear wave when the wave steepness was 1/35. In particular, the crest height of the wave run-up increased by 8%.
Wave run-up is an important issue in offshore engineering, which is tightly related to the loads on the marine structures. In this study, a series of physical experiments have been performed to investigate the wave run-up around a vertical cylinder in transitional water depth. The wave run-ups of regular waves, irregular waves and focused waves have been presented and the characteristics in frequency domain have been investigated with the FFT and wavelet transform methods. This study focuses on the nonlinear features of the wave run-up and the interaction between the wave run-up and the cylinder. The results show that the nonlinear interaction between the waves and the structures might result wave run-up components of higher frequencies. The wave run-ups of the moderate irregular waves exhibit 2nd order nonlinear characteristics. For the focused waves, the incident waves are of strong nonlinearity and the wavelet coherence analysis reveals that the wave run-up at focal moment contains combined contributions from almost all the frequency components of the focused wave sequence and the contributions of frequency components up to 4th order harmonic levels are recommended to be included.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권3호
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pp.282-291
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2017
The main aim of this study is to investigate the effect of berm breakwater on wave run-up. A total of 200 numerical analysis tests have been carried out in this paper to investigate the effect of berm width, wave height, and wave period on the wave run-up, using an integrating technique of Computer-Aided Design (CAD) and Computational Fluid Dynamics (CFD). Direct application of Navier Stokes equations within the berm width has been used to provide a more reliable approach for studying the wave run-up over berm breakwaters. A well tested Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) code with the Volume of Fluid (VOF) scheme was adopted for numerical computations. The computational results were compared with theoretical data to validate the model outputs. Numerical results showed that the simulation method can provide accurate estimations for wave run-up over berm breakwaters. It was found that the wave run-up may be decreased by increasing the berm width up to about 36 percent. Furthermore, the wave run-up may increase by increasing the wave height and wave period up to about 53 and 36 percent, respectively. These results may convince the engineers to use this model for design of berm breakwater in actual scale by calculating the Reynolds numbers.
The numerical simulation using LES-WASS-3D is developed to investigate the wave run-up on the revetment along the canal. Interaction of ocean wave, current, and Kelvin wave is investigated on 40 conditions varying the number of ship, cruising direction, and relative cruising location of ships, when a 650TEU container cruises in the canal. The mean wave run-up heights on the revetment are compared for every simulated conditions. The largest height of wave run-up is generated at the C-pair condition and the wave run-up generated at the canal entrance is larger than that at the inside canal. When Kelvin waves is interacted with the current, the mean wave run-up height is increased approximate 10% compared with no current condition.
In this study, the effects on hydraulic characteristics are discussed as the permeable underlayer thickness of the rubble mound structure changes. A series of hydraulic experiments were performed and wave run-up, reflection and set-up were investigated. Result indicated that wave run-down was affected by the water out from the permeable underlayer during down-rush. As the thickness increased, relative wave run-up decreased.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.297-306
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2014
The paper presents the numerical analysis of wave run-up over rubble-mound breakwaters covered by antifer units using a technique integrating Computer-Aided Design (CAD) and Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Direct application of Navier-Stokes equations within armour blocks, is used to provide a more reliable approach to simulate wave run-up over breakwaters. A well-tested Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) Volume of Fluid (VOF) code (Flow-3D) was adopted for CFD computations. The computed results were compared with experimental data to check the validity of the model. Numerical results showed that the direct three dimensional (3D) simulation method can deliver accurate results for wave run-up over rubble mound breakwaters. The results showed that the placement pattern of antifer units had a great impact on values of wave run-up so that by changing the placement pattern from regular to double pyramid can reduce the wave run-up by approximately 30%. Analysis was done to investigate the influences of surface roughness, energy dissipation in the pores of the armour layer and reduced wave run-up due to inflow into the armour and stone layer.
본 연구에서는 정현파와 크노이드파를 입사파로 이용하여 주기파의 최대 처오름높이를 수치해석하였다. 크노이드파의 최대 처오름높이는 파장이 매우 짧아지면 정현파의 처오름높이에 접근하며, 파장이 길어지면 고립파의 처오름높이와 유사한 성질을 갖는다. 동일한 파고로 입사할 경우, 크노이드파의 최대 처오름높이는 정현파의 처오름 높이보다는 항상 큰 반면에, 고립파의 처오름높이보다는 항상 작다는 것을 보였다.
In this study, numerical simulations for a single fixed truncated circular cylinder in regular waves were conducted to investigate the nonlinear wave run-up under various dampers and wave period conditions. The present study used the volume of fluid (VOF) technique to capture the air-water interface. The unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equation with the k- 𝜖 turbulence model was solved using the commercial computational fluid dynamics (CFD) software STAR-CCM+. First, a systematic spatial convergence study was conducted to assess the performance and precision of the present numerical wave tank. The numerical scheme was validated by comparing the numerical results of wave run-up on a bare truncated cylinder with the experimental results, and a good agreement was achieved. Then, a series of parametric studies were carried out to examine the wave run-up time series around the truncated cylinder with single and dual dampers in terms of the first- and second-order harmonic and mean set-up components. Additionally, the local wave field and the flow velocity vectors adjacent to the cylinder were evaluated. It was confirmed that under short wave conditions, the high position of the damper led to a noticeable increase in the wave run-ups with significant changes in the first- and second-order harmonic components.
본 연구에서는 파 주기와 기울기에 따른 단일 실린더와 다중 실린더의 wave run-up을 추정하였다. 3차원 비압축성 점성 난류 유동이며 서로 다른 상을 가지는 이상유체에 대한 수치해석을 수행하기 위하여, 본 연구에서는 전산 유체 역학 상용코드인 "STAR-CCM+"을 기반으로 하여 VOF기법과 realizable $k-{\varepsilon}$ 난류 모델을 사용하였다. 모델스케일에 대한 파 주기는 단일 실린더의 경우 1.269초와 1.692초이고, 다중 실린더의 경우 1.716초이다. 각 케이스 별로 1/30, 1/16의 파 기울기를 가진다. 최종적으로 파 기울기와 주기에 대한 wave run-up 추정 결과는 관련 실험 결과와 비교하였다. 수치해석 결과는 실험과 비교하여 정성적으로 유사함을 확인하였다.
For decades, solitary waves have commonly been used to simulate tsunami conditions in numerical studies. However, the main component of a tsunami waveform acts at completely different spatial and temporal distributions than a solitary waveform. Thus, this study applied a 2-D numerical wave tank that included a non-reflected tsunami generation system based on Navier-Stokes equations (LES-WASS-2D) to directly simulate the run-up of a tsunami-like solitary wave on a slope. First, the waveform and velocity due to the virtual depth factor were applied to the numerical wave tank to generate a tsunami, which made it possible to generate the wide waveform of a tsunami, which was not reproduced with the existing solitary wave approximation theory. Then, to validate the applied numerical model, the validity and effectiveness of the numerical wave tank were verified by comparing the results with the results of a laboratory experiment on a tsunami run-up on a smooth impermeable 1:19.85 slope. Using the numerical results, the run-up characteristics due to a tsunami-like solitary wave on an impermeable slope were also discussed in relation to the volume ratio. The maximum run-up heights increased with the ratio of the tsunami waveform. Therefore, the tsunami run-up is highly likely to be underestimated compared to a real tsunami if the solitary wave of the approximation theory is applied in a tsunami simulation in a coastal region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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