Τυρβώδη Μεγέθη σε Ύφαλους Διαπερατούς Κυματοθραύστες

Διπλαράκος, Νικόλαος; Diplarakos, Nikolaos

dc.contributor.author	Διπλαράκος, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Diplarakos, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2018-01-24T11:35:06Z
dc.date.available	2018-01-24T11:35:06Z
dc.date.issued	2018-01-24
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46290
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7598
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Παράκτια Μηχανική	el
dc.subject	Τύρβη	el
dc.subject	Ύφαλοι Κυματοθραύστες	el
dc.subject	Τροχιακές ταχύτητες	el
dc.subject	Acoustic Doppler Velocimeter	en
dc.subject	Laser Doopler Velocimeter	en
dc.title	Τυρβώδη Μεγέθη σε Ύφαλους Διαπερατούς Κυματοθραύστες	el
dc.title	Turbulence at Submerged Permeable Breakwaters	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ακτομηχανική	el
heal.classification	Coastal Engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-11-02
heal.abstract	Ένα από τα πιο σημαντικά θέματα, τόσο από οικονομικής όσο και από οικολογικής άποψης, που σχετίζονται με την παράκτια μηχανική είναι η προστασία των παράκτιων περιοχών. Ο τρόπος για να επιτευχθεί αυτό είναι η καλή γνώση του κυματικού κλίματος, των θαλασσίων ρευμάτων και οι συνεπαγόμενοι μηχανισμοί στερεομεταφοράς, οι οποίοι εμπλέκονται στον μετασχηματισμό των ακτών. Για την προστασία των περιοχών αυτών, παράκτιες τεχνητές κατασκευές έχουν αναπτυχθεί, όπως είναι οι ύφαλοι κυματοθραύστες. Τα παράκτια αυτά έργα, των οποίων η στέψη βρίσκεται μόνιμα κάτω από την στάθμη της θάλασσας, κατασκευάζονται συνήθως από λιθορριπή και τοποθετούνται παράλληλα και σε απόσταση από την ακτή. Η κύρια λειτουργία τους είναι να προκαλούν τη θραύση των κυματισμών, καθώς αυτά διαδίδονται πάνω από την στέψη τους, αλλά ταυτόχρονα επιτρέπουν ένα μέρος της κυματικής ενέργειας να μεταφερθεί στην υπήνεμη πλευρά τους. Αυτοί οι μηχανισμοί συμβάλουν στην διαμόρφωση ενός ηπιότερου κυματικού κλίματος και στην ευκολότερη ανανέωση των υδάτων στην κατάντη πλευρά τους. Τα τελευταία χρόνια, όπου η ανάγκη για την προστασία του περιβάλλοντος έχει γίνει επιτακτική ανάγκη, εκτός από την προστασία των ακτών έχει γίνει κατανοητό ότι ο σχεδιασμός τέτοιων έργων θα πρέπει να έχει στόχο την ελάχιστη υποβάθμιση, αν όχι τον εμπλουτισμό του θαλάσσιου περιβάλλοντος (Metallinos & Memos, 2012). Ενώ έχει μελετηθεί εκτενώς η επίδραση των κατασκευών αυτών ως προς την απομείωση της κυματικής ενέργειας, την στερεομεταφορά και εν τέλει την παράκτια προστασία, αντιθέτως η έρευνα ως προς τις υδροδυναμικές συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό τους είναι περιορισμένη. Οι τροχιακές ταχύτητες και οι πιέσεις θεωρούνται βασικές παράμετροι για την εκτίμηση της επίδρασης των ύφαλων κυματοθραυστών στα τοπικά οικοσυστήματα καθώς καθορίζουν την κατανομή και την αφθονία των θαλάσσιων οργανισμών (Siddon & Witman, 2003). Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας διενεργήθηκαν πειράματα στο Laboratory of Fluid Mechanics, Faculty of Civil Engineering and Geosciences στο Delft University of Technology στην Ολλανδία. Τα πειράματα αυτά διενεργήθηκαν σε διώρυγα κυματισμών και περιλάμβαναν μονοδιάστατη διάδοση μονοχρωματικών και φασματικών θραυόμενων ή μη κυματισμών. Συνολικά εξετάστηκαν δύο φυσικά ομοιώματα ύφαλων διαπερατών κυματοθραυστών (κλίμακα περίπου 1:10) τραπεζοειδούς διατομής με κλίσεις πρανών 1:1.5 αλλά με διαφορετικό πλάτος στέψης και επίσης δύο διαφορετικά βάθη νερού για κάθε μοντέλο. Σκοπός των πειραμάτων ήταν η λήψη μετρήσεων που αφορούσαν τις τροχιακές ταχύτητες και τις υδροδυναμικές πιέσεις, σε θέσεις μέσα και έξω από τα δύο φυσικά ομοιώματα, καθώς επίσης και η μεταβολή της ελεύθερης επιφάνειας του νερού σε συγκεκριμένες θέσεις στη προσήνεμη και την υπήνεμη πλευρά τους. Από το σύνολο των πειραματικών μετρήσεων που προαναφέρθηκαν, στην παρούσα εργασία αναλύθηκαν μόνο οι χρονοσειρές των ταχυτήτων που ελήφθησαν κατά την διάδοση μονοχρωματικών κυματισμών. Οι χρονοσειρές αναλύθηκαν ως προς την φάση του κυματισμού (phase averaging), τεχνική που δίνει την δυνατότητα της εκτίμησης της μεταβολής της μέσης ταχύτητας των μέσων τυρβωδών διακυμάνσεων και των μέσων διατμητικών τάσεων Reynolds μέσα στην κυματική περίοδο. Επίσης οι χρονοσειρές αναλύθηκαν και στο πεδίο των συχνοτήτων, όπου εξήχθησαν τα διαγράμματα του αρμονικού πλάτους ταλάντωσης και της κινητικής ενέργειας. Το πρώτο από τα δύο χρησιμεύει στην εκτίμηση της μη γραμμικότητας του πεδίου ροής καθώς οι ύφαλοι κυματοθραύστες συνδέονται στενά με την παραγωγή αρμονικών συνιστωσών και το δεύτερο δίνει την δυνατότητα της εκτίμησης της μεταφοράς ενέργειας σε μεγαλύτερες αρμονικές συχνότητες, της κατακρήμνισης της ενέργειας (energy cascade) από τις μεγαλύτερες στις μικρότερες δίνες της ροής και της τοπικής ομογένειας και ισοτροπίας της ταχύτητας. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων έδειξε ότι οι ύφαλοι διαπερατοί κυματοθραύστες είναι δυνατό να μειώσουν ικανοποιητικά την μεταδιδόμενη κυματική ενέργεια στην υπήνεμη πλευρά τους, κυρίως στις περιπτώσεις όπου οι εισερχόμενοι κυματισμοί θραύονται πάνω από την στέψη τους. Το πλάτος της στέψης, και κατ’ επέκταση το συνολικό πλάτος αυτών των κατασκευών, φαίνεται να παίζει καθοριστικό ρόλο στη μείωση των ταχυτήτων στην υπήνεμη πλευρά τους, γεγονός που οφείλεται στην εντονότερη θραύση των κυματισμών πάνω από την στέψη τους και στην αντίσταση που συναντάει η ροή διαμέσου του πορώδους. Παρατηρήθηκε, ακόμα και για μη θραυόμενους κυματισμούς, σημαντική μείωση της ταχύτητας στα κατάντη του ύφαλου κυματοθραύστη έπειτα από διαπλάτυνση της στέψης του. Επιπρόσθετα, η αύξηση του πλάτους της στέψης επέφερε σημαντική μείωση των τυρβωδών διακυμάνσεων στην υπήνεμη πλευρά. Μεγαλύτερα κυματικά χαρακτηριστικά (ύψος και περίοδος του κύματος) συνδέονται με την εμφάνιση περισσότερων και μεγαλύτερων σε πλάτος αρμονικών συνιστωσών. Εντονότερη ενίσχυση των αρμονικών λαμβάνει χώρα στην υπήνεμη πλευρά του ύφαλου κυματοθραύστη, στην στέψη και στον πόρο. Τέλος, από τα φάσματα ενέργειας που υπολογίστηκαν, φάνηκε ότι η τυρβώδης ροή μέσα στο πορώδες είναι τοπικά ομογενής και ισότροπη, και ότι η ανάπτυξη καθώς και το εύρος των συχνοτήτων που καταλαμβάνει το αδρανειακό υπό εύρος εξαρτώνται άμεσα από τον αριθμό Reynolds της ροής.	el
heal.abstract	Coastal areas over the last decades have concentrated the majority of the worldwide population, mainly due to their economic advantages that they offer. This vast urbanization of the coastal zone is directly linked to the construction of extensive coastal works, sea pollution, degradation of coastal ecosystems and fishing grounds. Nowadays, where the need for environmental awareness has increased, submerged permeable breakwaters (SPB) have received a growing appreciation from engineers, authorities and public, as they appear to be capable of providing coastal protection and, at the same time, avoiding negative impacts on landscape and coastal environment. Submerged permeable breakwaters have been used in coastal zones for shoreline protection in the past decades to prevent beach erosion. These are often rubble-mound permeable breakwaters whose design is based on empirical rules. Their primary goal of these structures is to reduce the wave energy on the leeward side and the sediment movement which affects eventually the coastal morphology. All these phenomena have been extensively studied by means of in situ measurements, hydraulic experiments and numerical simulations. The interaction between a wave and a submerged permeable breakwater basically consists of two main processes, 1) wave energy reduction caused by reflection, friction due to the porosity of the structure and wave breaking over the crest, and 2) wave spectrum change due to non-linear processes in the shallow water area above the breakwater (Calabrese, et al., 2008). In contrast to the well-studied phenomena and processes that are related to submerged permeable breakwaters, their aforementioned environmental aspect is a field of relatively recent research. A key parameter to assess a submerged permeable breakwater to the local habitats, is their interior water particle velocity. Orbital velocities, pore pressures and wave forcing are regarded as the primary mechanisms of disturbance in coastal systems determining the distribution and abundance of marine organisms (Siddon & Witman, 2003).	en
heal.advisorName	Μέμος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπανικολοάου, Παναγιώτης	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	303 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true