Διερεύνηση της αλληλεπίδρασης κυμάτων - ρευμάτων στα φασματικά μοντέλα 3ης γενιάς

Ατζάμπου, Παναγιώτα; Atzampou, Panagiota

dc.contributor.author	Ατζάμπου, Παναγιώτα	el
dc.contributor.author	Atzampou, Panagiota	en
dc.date.accessioned	2020-12-09T10:26:43Z
dc.date.available	2020-12-09T10:26:43Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52418
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20116
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 - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Θαλάσσια ρεύματα	el
dc.subject	Αλληλεπίδραση ρευμάτων-κυμάτων	el
dc.subject	Αναχαίτιση κυματισμών	el
dc.subject	Φασματικό μοντέλο	el
dc.subject	Αντίθετο ρεύμα	el
dc.subject	Current-wave interaction	en
dc.subject	TOMAWAC	en
dc.subject	Wave blocking	en
dc.subject	Opposing current	en
dc.subject	Phase-averaged model	en
dc.title	Διερεύνηση της αλληλεπίδρασης κυμάτων - ρευμάτων στα φασματικά μοντέλα 3ης γενιάς	el
dc.title	Wave - current interaction in 3rd generation spectral numerical models	en
heal.type	masterThesis
heal.generalDescription	Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του ΔΠΜΣ: Επιστήμη & Τεχνολογία Υδατικών Πόρων και συγκεκριμένα της ειδίκευσης με τίτλο "Διαχείριση Παράκτιας Ζώνης και Λιμένων".	el
heal.classification	Θαλάσσια μηχανική	el
heal.classification	Coastal engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-07-17
heal.abstract	Undoubtedly, ports are considered an important link in the chain of transport of goods, as they are the gateway to the land for all sea routes. With the advancement of marine engineering, scientists are constantly trying to ensure the quality and safety of these voyages by proposing numerical models for predicting the wave environment. However, due to the complexity and simultaneous action of many phenomena, there is particular difficulty in integrating and describing them as accurately as possible in the simulation. A phenomenon that calls for special study is the effect of currents on wind waves. Currents are present in both deep and shallow water, causing changes in both the wave environment and the seabed. The aim of this MSc diploma thesis is to investigate the interaction of waves and currents and more specifically the effect of the latter on the characteristics of wave propagation. Meanwhile emphasis is placed on opposing currents, which, depending on their intensity, may cause the waves to break or even block their propagation (wave blocking). This thesis is primarily computational and it comprises of two main research studies. The first one investigates the energy dissipation due to the presence of an opposing current in an idealized tank. The results of an existing experiment (Smith et al, 1998) will be compared to the ones acquired by numerical simulations using TOMAWAC, an open-source 3rd generation spectral mathematical model. Moreover, alterations in the formulas used by the model will be proposed in order to calibrate the results. The second research study pertains to a numerical simulation of the port of Le Havre using TOMAWAC. Climate and bathymetric data are extracted from the CMEMS and NAVIONICS database respectively, while the ANACOS.f subroutine of TOMAWAC is modified in order for the current velocities to be assigned to the mesh. More specifically, through this simulation the effect of currents on the characteristics of wind waves is examined. Emphasis is placed on the area around the port entrances, where the occurrence of unfavorable conditions, such as wave breaking and blocking, can potentially be an obstacle to the smooth navigation of ships. Moreover, scenarios with different wave heights, different U/C ratios (where C is the wave phase velocity and U is the current velocity) and combinations of wave breaking criteria are studied in order to investigate the effect of different parameters on phenomenon. Last but not least, the general ability of TOMAWAC to describe the interaction is examined. The effect of the computational mesh, the choice of the coordinate system and the interpolation methods are studied, while the modifications of the source term formulas and the assumptions used in the simulations of the thesis are described in detail. Lastly, the advantages and disadvantages of the model are presented, while a marginal value of the U/C ratio is examined for coastal hydrodynamics applications.	en
heal.abstract	Αδιαμφισβήτητα, οι λίμενες αποτελούν σπουδαίο κρίκο στην αλυσίδα μεταφοράς αγαθών και ανθρωπών, καθώς αποτελούν πύλη στην χέρσο για όλες τις θαλάσσιες διαδρομές. Με τη πρόοδο της θάλασσιας μηχανικής, οι επιστήμονες προσπαθούν να εξασφαλίσουν την ποιότητα και την ασφάλεια αυτών των ταξιδιών, προτείνοντας μαθηματικά μοντέλα πρόγνωσης του κυματικού περιβάλλοντος. Ωστόσο, εξαιτίας της πολυπλοκότητας και ταυτόχρονης δράσης πολλών φαινομένων, παρουσιάζεται ιδιαίτερη δυσκολία στην ενσωμάτωση και στην, όσον το δυνατόν, ακριβέστερη περιγραφή τους στην προσομοίωση. Ένα φαινόμενο που χρήζει ιδιαίτερης μελέτης αποτελεί η επίδραση των ρευμάτων σε ανεμογενείς θαλάσσιους κυματισμούς. Τα ρεύματα δρουν τόσο στα βαθιά όσο και στα ρηχότερα ύδατα, προκαλώντας μεταβολές στο κυματικό περιβάλλον και στον πυθμένα. Αντικείμενο της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση της αλληλεπίδρασης κυμάτων-ρευμάτων και συγκεκριμένα της επίδρασης που έχουν τα τελευταία στα χαρακτηριστικά διάδοσης των κυματισμών. Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στα αντίθετης κατεύθυνσης ρεύματα (opposing currents), τα οποία, ανάλογα με την ένταση τους, ενδέχεται να προκαλέσουν θραύση των κυμάτων ή ακόμα και παρεμπόδιση της διάδοσής τους (wave blocking). Σε πρώτο στάδιο, διερευνάται ο βαθμός ταύτισης της θεώρησης απώλειας ενέργειας λόγω θραύσης με παρουσία ισχυρού και ασθενούς ρεύματος συγκρίνοντας αποτελέσματα πειραματικών μετρήσεων σε δεξαμενή (βιβλιογραφικά δεδομένα) με μαθηματικές προσομοιώσεις ενός φασματικού μαθηματικού μοντέλου 3ης γενιάς, το TOMAWAC. Παράλληλα, εξετάζονται διαφορετικές μέθοδοι και υπολογιστικές σχέσεις για την καλύτερη περιγραφή του φαινομένου της αλληλεπίδρασης, ενώ πραγματοποιείται σύγκριση των θεωρήσεων αυτών για δύο διαφορετικές εντάσεις αντίθετου ρεύματος. Σε δεύτερο στάδιο, πραγματοποιείται μαθηματική προσομοίωση μελέτης περίπτωσης του λιμένα της Χάβρης, ο οποίος βάλλεται από ισχυρά αντίθετα ρεύματα μέσω του μοντέλου ΤOMAWAC. Πρωτογενή κλιματικά και βαθυμετρικά δεδομένα αντλούνται από την υπηρεσία πρόγνωσης κυματικού περιβάλλοντος CMEMS και την βάση ναυτικών χαρτών NAVIONICS αντίστοιχα, ενώ γίνεται τροποποίηση της υπορουτίνας ANACOS.f του μοντέλου για την εισαγωγή των στοιχείων του ρεύματος. Συγκεκριμένα, μέσω της προσομοίωσης αυτής εξετάζεται η επίδραση των ρευμάτων στα χαρακτηριστικά των ανεμογενών κυματισμών. Έμφαση δίδεται στη περιοχή πέριξ των εισόδων του λιμένα, όπου ελέγχεται η εμφάνιση έντονα δυσμενών συνθηκών, όπως περιοχές θραύσης κυμάτων ή μέτωπα αναχαίτισης, που δύναται να αποτελέσουν τροχοπέδη στην ομαλή πλοήγηση των πλοίων. Παράλληλα, μελετώνται σενάρια με διαφορετικά ύψη κύματος (εισαγόμενα από τα βαθιά), διαφορετικούς λόγους ταχυτήτων U/C (όπου C η ταχύτητα φάσης των κυματισμών και U η ταχύτητα του ρεύματος) και συνδυασμούς κριτηρίων θραύσης, προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των διαφόρων παραμέτρων στο φαινόμενο και να παρουσιαστεί μια ολοκληρωμένη πρόταση για μια, όσο το δυνατόν, πιο αντιπροσωπευτική μαθηματική προσομοίωση. Τέλος, εξετάζεται η γενικότερη ικανότητα του λογισμικού να περιγράψει το φαινόμενο. Μελετάται η επίδραση του υπολογιστικού πλέγματος, του συστήματος συντεταγμένων και των μεθόδων παρεμβολής στη χωρική κατανομή του παράκτιου ρεύματος, ενώ παρουσιάζονται οι τροποποιήσεις και παραδοχές που χρησιμοποιήθηκαν κατά την μαθηματική προσομοίωση. Έτσι, γίνονται γνωστά τα πλεονεκτήματα και οι αδυναμίες του μοντέλου, ενώ εξετάζεται η οριακή τιμή του λόγου U/C που θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε πρακτικές εφαρμογές παράκτιας υδροδυναμικής.	el
heal.advisorName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.committeeMemberName	Παπακωνσταντής, Ηλίας	el
heal.committeeMemberName	Στάμου, Αναστάσιος	el
heal.committeeMemberName	Τσουκαλά, Βασιλική	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	107 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false