Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.19
no.4
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pp.303-312
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2007
There is still a controversy going on about how to model energy dissipation due to breaking over frequency domain. In this study, we unveil the exact structure of energy dissipation using stochastic wave breaking model. It turns out that contrary to our present understanding, energy dissipation is cubically distributed over frequency domain. The verification of proposed model is conducted using the acquired data during SUPERTANK Laboratory Data Collection Project (Krauss et al., 1992). For further verification, we numerically simulate the nonlinear shoaling process of Conoidal wave over a beach of uniform slope, and obtain very promising results from the viewpoint of a skewness and asymmetry of wave field, usually regarded as the most fastidious parameter to satisfy.
To design a coastal structure in the nearshore region, engineers must have means to estimate wave climate. Waves, approaching the surf zone from offshore, experience changes caused by combined effects of bathymetric variations, interference of man-made structure, and nonlinear interactions among wave trains. This paper has attempted to find out the effects of two of the more subtle phenomena involving nonlinear shallow water waves, amplitude dispersion and secondary wave generation. Boussinesq-type equations can be used to model the nonlinear transformation of surface waves in shallow water due to effect of shoaling, refraction, diffraction, and reflection. In this paper, generalized Boussinesq equations under the complex bottom condition is derived using the depth averaged velocity with the series expansion of the velocity potential as a product of powers of the depth of flow. A time stepping finite difference method is used to solve the derived equation. Numerical results are compared to hydraulic model results. The result with the non-linear dispersive wave equation can describe an interesting transformation a sinusoidal wave to one with a cnoidal aspect of a rapid degradation into modulated high frequency waves and transient secondary waves in an intermediate region. The amplitude dispersion of the primary wave crest results in a convex wave front after passing through the shoal and the secondary waves generated by the shoal diffracted in a radial manner into surrounding waters.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.29
no.6
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pp.369-381
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2017
It has been presumed that highly nonlinear skewed waves frequently observed in a surf zone could significantly influence the transmission behaviour via a porous wave breaker due to its larger inertia force than its nonlinear counterparts of zero skewness [Cnoidal waves]. In this study, in order to confirm this perception, a numerical simulation has been implemented for 6 waves the skewness of that range from 1.02 to 1.032. A numerical simulation are based on the Tool Box called as the ihFoam that has its roots on the OpenFoam. Skewed waves are guided by the shoal of 1:30 slope, and the flow in the porous media are analyzed by adding the additional damping term into the RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation). Numerical results show that the highly nonlinear skewed waves are of higher transmitted ratio than its counterparts due to its stronger inertia force. In this study, in order to see whether or not the damping at the porous structure has an effect on the wave celerity, we also derived the dispersive relationships of Nonlinear Shallow Water Eq. [NSW] with damping at the porous structure being accounted. The newly derived dispersive relationships shows that the phase lag between the damping friction and the free surface elevation due to waves significantly influence the wave celerity.
In order to provide simple and accurate wave theory in design of offshore structure, an analytical approximation is introduced in this paper. The solution is limited to flat bottom having a constant water depth. Water is considered as inviscid, incompressible and irrotational. The solution satisfies the continuity equation, bottom boundary condition and non-linear kinematic free surface boundary condition exactly. Error for dynamic condition is quite small. The solution is suitable in description of breaking waves. The solution is presented with closed form and dispersion relation is also presented with closed form. In the last century, there have been two main approaches to the nonlinear problems. One of these is perturbation method. Stokes wave and Cnoidal wave are based on the method. The other is numerical method. Dean's stream function theory is based on the method. In this paper, power series method was considered. The power series method can be applied to certain nonlinear differential equations (initial value problems). The series coefficients are specified by a nonlinear recurrence inherited from the differential equation. Because the non-linear wave problem is a boundary value problem, the power series method cannot be applied to the problem in general. But finite number of coefficients is necessary to describe the wave profile, truncated power series is enough. Therefore the power series method can be applied to the problem. In this case, the series coefficients are specified by a set of equations instead of recurrence. By using the set of equations, the nonlinear wave problem has been solved in this paper.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.1
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pp.17-27
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2019
We carry out the numerical simulation to test a hypothesis that freak waves can be triggered by the infragravity waves of bound mode underlying the ever-present swells and its constructive interaction with swells using the Tool Box called the ihFoam that has its roots on the OpenFoam, and Bi-spectrum. Numerical simulation is implemented for the SamChcuk LNG Plant where freak waves have been reported in front of the private wharf during its construction phase due to the uncompleted northern breakwater. Infra-gravity waves of bound mode is generated using the difference wave-wave interaction between the local wind waves of 7 s and a swell of 11.4 s based on the Bi-spectrum. For the sake of comparison, numerical simulation for infra-gravity waves of free mode is also carried out. Numerical results show that stem waves along the private wharf for SamChcuk LNG Plant can be triggered by the infra-gravity waves of bound mode coming from the north, which eventually leads to freak waves when encounters the reflected waves from the south jetty.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.55-68
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2020
In order to investigate the hydraulic characteristics of a boundary layer streaming over the beach cusps appeared in swells prevailing mild seas, we numerically simulated the shoaling process of Edge waves over the beach cusp. Synchronous Edge waves known to sustain the beach cusps could successfully be duplicated by generating two obliquely colliding Edge waves in front of beach cusps. The amplitude AB and length LB of Beach Cusp were elected to be 1.25 m and 18 m, respectively based on the measured data along the Mang-Bang beach. Numerical results show that boundary layer streaming was formed at every phase of shoaling process without exception, and the maximum boundary layer streaming was observed to occur at the crest of sand bar. In RUN 1 where the shortest waves were deployed, the maximum boundary layer streaming was observed to be around 0.32 m/s, which far exceeds the amplitude of free stream by two times. It is also noted that the maximum boundary layer streaming mentioned above greatly differs from the analytical solution by Longuet-Higgins (1957) based on wave Reynolds stress. In doing so, we also identify the recovery procedure of natural beaches in swells prevailing mild seas, which can be summarized such as: as the infra-gravity waves formed in swells by the resonance wave-wave interaction arrives near the breaking line, the sediments ascending near the free surface by the Phase II waves orbital motion were carried toward the pinnacle of foreshore by the shoreward flow commenced at the steep front of breaking waves, and were deposited near the pinnacle of foreshore due to the infiltration.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.6
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pp.434-449
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2019
In this study, we develop a new cross-shore sediment module which takes the effect of infra-gravity waves of bound mode, and boundary layer streaming on the sediment transport into account besides the well-known asymmetry and under-tow. In doing so, the effect of individual random waves occurring during the unit observation period of 1 hr on sediment transport is also fully taken into account. To demonstrate how the individual random waves would affect the sediment transport, we numerically simulate the non-linear shoaling process of random wavers over the beach of uniform slope. Numerical results show that with the consistent frequency Boussinesq Eq. the application of which is lately extended to surf zone, we could simulate the saw-tooth profile observed without exception over the surf zone, infra-gravity waves of bound mode, and boundary-layer streaming accurately enough. It is also shown that when yearly highest random waves are modeled by the equivalent nonlinear uniform waves, the maximum cross-shore transport rate well exceeds the one where the randomness is fully taken into account as much as three times. Besides, in order to optimize the free parameter K involved in the long-shore sediment module, we carry out the numerical simulation to trace the yearly shoreline change of Mang-Bang beach from 2017.4.26 to 2018.4.20 as well, and proceeds to optimize the K by comparing the traced shoreline change with the measured one. Numerical results show that the optimized K for Mang-Bang beach would be 0.17. With K = 0.17, via yearly grand circulation process comprising severe erosion by consecutively occurring yearly highest waves at the end of October, and gradual recovery over the winter and spring by swell, the advance of shore-line at the northern and southern ends of Mang-Bang beach by 18 m, and the retreat of shore-line by 2.4 m at the middle of Mang-Bang beach can be successfully duplicated in the numerical simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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