Διερεύνηση τυρβωδών πιέσεων και συντελεστής κυματικής μετάδοσης σε ύφαλο διαπερατό κυματοθραύστη

Ρούπας, Ιωάννης; Roupas, Ioannis

dc.contributor.author	Ρούπας, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Roupas, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2019-03-18T11:02:52Z
dc.date.available	2019-03-18T11:02:52Z
dc.date.issued	2019-03-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48471
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9273
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	Ύφαλος διαπερατός κυματοθραύστης	el
dc.subject	Κυματική μετάδοση	el
dc.subject	Τύρβη	el
dc.subject	Δυναμική πίεση	el
dc.subject	Reynolds decomposition	el
dc.subject	Submerged permeable breakwater	en
dc.subject	Wave transmission	en
dc.subject	Turbulence	en
dc.subject	Dynamic pressure	en
dc.subject	Reynolds decomposition	en
dc.title	Διερεύνηση τυρβωδών πιέσεων και συντελεστής κυματικής μετάδοσης σε ύφαλο διαπερατό κυματοθραύστη	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υδροδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-10-26
heal.abstract	Η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, λόγω της κλιματικής αλλαγής, σε συνδυασμό με την έντονη οικιστική και τουριστική ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών της Μεσογείου, έχουν ως αποτέλεσμα την άσκηση σημαντικών πιέσεων στις παράκτιες ζώνες, με αποτέλεσμα τη διάβρωση των ακτών τους, αλλά και τη γενικότερη περιβαλλοντική υποβάθμισή τους. Η σημαντική, όμως, περιβαλλοντική και οικονομική τους σημασία επιβάλλει την ανάληψη μέτρων που θα εξυπηρετούν και τους δύο αυτούς σκοπούς, δηλαδή θα προστατεύουν τις ακτές από το έντονο κυματικό πεδίο, αλλά και θα προστατεύουν ή θα αναβαθμίζουν αν είναι δυνατόν το θαλάσσιο οικοσύστημα. Σε αυτή την εργασία ερευνάται, ως λύση στο πρόβλημα που περιγράφηκε παραπάνω, η κατασκευή βυθισμένων διαπερατών κυματοθραυστών μεγάλου πορώδους, από μηχανικής απόψεως, αν δηλαδή επιτελούν αποτελεσματικά τον σκοπό τους να απομειώνουν την κυματική ενέργεια, ενώ, επίσης, στοχεύει να προσφέρει χρήσιμες πληροφορίες στους θαλάσσιους βιολόγους για τη διακύμανση της δυναμικής πίεσης και της τύρβης της πίεσης στο εσωτερικό των πόρων της κατασκευής, που αποτελεί σημαντική παράμετρο για την προσέλκυση, ή μη, θαλάσσιων οργανισμών εντός της κατασκευής. Επίσης, επιλέχθηκε να μελετηθεί και η περίπτωση διαπερατών κυματοθραυστών με τοποθετημένη Μεσογειακή Ποσειδωνία στη στέψη τους, το όποιο μπορεί να εξυπηρετεί ταυτόχρονα και τους δύο σκοπούς, αυξάνοντας την αποτελεσματικότητά της και ταυτόχρονα μετατρέποντας τον κυματοθραύστη σε ένα τεχνητό οικότοπο. Γι’ αυτό το σκοπό, σχεδιάστηκαν και πραγματοποιήθηκαν εκτενείς μετρήσεις σε φυσικά ομοιώματα βυθισμένων κυματοθραυστών. Τα εργαστηριακά πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε δύο φάσεις, αρχικά στο Laboratory of Fluid Mechanics of Civil Engineering and Geoscience στο Delft University of Technology και στη συνέχεια στο Εργαστήριο Λιμενικών Έργων του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Κατασκευάστηκαν συνολικά τέσσερις διαπερατοί ύφαλοι κυματοθραύστες (Submerged Permeable Breakwater, SPB) τραπεζοειδούς διατομής (SPB1 - SPB2 - SPB3 - SPB4), με πορώδες n=0.40-0.45, κλίση πρανών 1/1.5 και ύψος μοντέλου 0.40-0.50 m, και ερευνήθηκαν για διάφορα ύψη της υδάτινης στήλης, και επομένως για διαφορετικές περιπτώσεις ελεύθερου ύψους (Free Board), με σκοπό να συλλεχθεί πολύτιμη πληροφορία για ποικιλία υδροδυναμικών συνθηκών. Τα κύματα που εφαρμόστηκαν ήταν τόσο μονοχρωματικά (regular waves) όσο και φασματικά (irregular waves), και εφαρμόστηκαν για ύψη κύματος Hi≈0.03-0.23m και περιόδους Τ≈1.0-2.5 sec, αλλά στα πλαίσια αυτής της εργασίας μελετήθηκαν μόνο οι μονοχρωματικοί κυματισμοί. Όσον αφορά την επεξεργασία των χρονοσειρών των πιέσεων, στόχος ήταν αφενός να αποτυπωθεί η διακύμανσή της και αφετέρου να εντοπιστούν και να αναλυθούν στατιστικά οι τυχαίες/τυρβώδεις διακυμάνσεις της (p'=p-pmean, Reynolds decomposition). Για να αφαιρεθεί ο θόρυβος του οργάνου από τις μετρήσεις εφαρμόστηκε ένα low-pass φίλτρο, γνωστό ως Savitzky & Golay filter, και ακολούθησε η στατιστική επεξεργασία των χρονοσειρών κατά Reynolds. Συνολικά, για κάθε κυματικό σενάριο υπολογίστηκε η μέση και η μέγιστη Δυναμική Πίεση (pmean, pmax), η μέση τετραγωνική ρίζα της Δυναμικής Πίεσης (prms), και η μέση, η μέγιστη και μέση τετραγωνική ρίζα (τυρβώδης ένταση) της διακύμανσης της πίεσης (p'mean, p'max, p'rms), και διαμορφώθηκαν τα εξής διαγράμματα : α)της μέσης ως προς τη φάση ωt κυματικής ενέργειας, του φάσματος εύρους (amplitude spectrum), β)της μέσης ως προς τη φάση ωt τυρβώδους διακύμανσης της Δυναμικής Πίεσης και γ)του φάσματος ενέργειας (power spectrum) των Δυναμικών Πιέσεων. Όσον αφορά την επεξεργασία των χρονοσειρών των ανυψώσεων η(t) από τη Μέση Στάθμη Ηρεμίας, δε θεωρήθηκε απαραίτητο να γίνει φιλτράρισμα των δεδομένων. Από αυτές τις χρονοσειρές, και με χρήση της μεθόδου στατιστικής επεξεργασίας Zero up-crossing, υπολογίστηκαν, το ύψος κύματος του εισερχόμενου κύματος Hi και του μεταδιδόμενου κύματος Ht (θεωρήθηκαν ίσα με το μέσο όρο του ενός τρίτου των μεγαλύτερων κυμάτων H1/3), καθώς και η μέση περίοδος κύματος Tm. Στη συνέχεια κατασκευάστηκε μια σειρά διαγραμμάτων, που αφορούν τη μεταβολή του συντελεστή μετάδοση Kt ως προς το εισερχόμενο ύψος κύματος Hi, την περίοδο του εισερχόμενου κύματος Τ, το αδιάστατο μέγεθος Hi/(T2g), το οποίο στην ουσία δηλώνει την καμπυλότητα του εισερχόμενου κύματος Hi. Τέλος, παρατίθενται μερικά ακόμα διαγράμματα που συνδέουν το συντελεστή μετάδοσης Kt με το λόγο του ελεύθερου ύψους (Free Board) προς το ύψος κύματος (FB/Hi), για να φανεί η επιρροή του ελεύθερου ύψους στην απομείωση της ενέργειας του κύματος. Από όλα τα παραπάνω, βγήκαν χρήσιμα συμπεράσματα τόσο για τις διακυμάνσεις της πίεσης στον πόρο μια βυθισμένης κατασκευής, όσο και για την αποδοτικότητα της κάθε γεωμετρίας στην απομείωση του κύματος. Συγκεκριμένα, διαπιστώθηκε ότι η Δυναμική Πίεση είναι σημαντικά μειωμένη στην υπήνεμη πλευρά σε σύγκριση με την προσήνεμη, ενώ οι τυρβώδεις εντάσεις είναι μεγαλύτερες στην υπήνεμη πλευρά και φτάνουν να είναι ίσες με 3-8% της μέσης δυναμικής πίεσης. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι η πιο κρίσιμη παράμετρος που σχετίζεται με τη μηχανική απόδοση της κατασκευής είναι η περίοδος του κύματος T και παρατηρήθηκε ότι οι ελάχιστοι συντελεστές μετάδοσης εντοπίζονται για T≈1.4 sec. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι οι κυματοθραύστες με ποσειδωνίες στην στέψη τους μπορούν να βελτιώσουν την απόδοσή τους κατά περίπου 10-15%.	el
heal.advisorName	Μέμος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Νάνου - Γιάνναρου, Αικατερίνη	el
heal.committeeMemberName	Παπανικολάου, Παναγιώτης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true