مهندسی دریا
سال:1396 | دوره:13 | شماره:25 |تعداد مقالات:12

شبیه سازی عددی عملکرد هیدرودینامیکی پیش برنده های دریایی با هندسه های پیچیده همانند سیستم های رانش پاددار، پروانه های نازل دار و سیستم های واترجت در مقایسه با تحلیل هیدرودینامیکی پروانه های معمولی از پیچیدگی های خاصی برخودار هستند. این موضوع سبب بکارگیری و توسعه روش ها و تکنیک های عددی در تحلیل هیدرودینامیکی پیش برنده های دریایی شده است. روش ترکیبی تئوری مومنتوم المان پره و حل عددی معادلات متوسط گیری شده ناویر-استوکس یک روش مناسب جهت شبیه سازی عملکرد هیدرودینامیکی در این نوع هندسه های پیچیده که دارای اجزای چرخشی و غیرچرخشی در کنار یکدیگر هستند می باشد. هدف اصلی این مقاله توسعه این روش ترکیبی و استفاده از آن در تحلیل عددی سیستم رانش پاددار است. بدین منظور جریان حول پروانه به وسیله تئوری مومنتوم المان پره مدلسازی شده و اثر آن تنها با تغییر در سرعت و فشار جریان سیال در محل قرارگیری پروانه بوسیله نیروهای حجمی در روش ویسکوز بیان گردیده است. سپس جریان حول اجزای ثابت سیستم پیش برنده به کمک روش ویسکوز شبیه سازی شده است. نتایج حاصله شامل نیروها و گشتاورهای پروانه و نیروی محوری وارده بر کل سیستم رانش پاددار است. در ادامه نتایج بدست آمده با نتایج تجربی مقایسه شده است و دقت این روش ترکیبی مورد ارزیابی قرار گرفته است.

برای اکثر شناورها، مقاومت اصطکاکی بدنه در آب، بیشترین سهم را در مقاومت کل کشتی دارد؛ بنابراین در چند دهه گذشته تحقیقات بسیاری در زمینهی کاهش مقاومت اصطکاکی کشتی انجام شده است. در این میان، شناورهای پله دار با کاهش قابل توجه در میزان سطح خیس جایگاه ویژه ای در شناورهای تندرو پروازی دارند. در این پژوهش تاثیر ایجاد تک پله عرضی در ورق تخت در آب آرام با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی بررسی و تحلیل شده است. ابتدا شناور به صورت ورق پروازی درتریم و آبخور ثابت در آب آرام مدل شده است. با اضافه کردن پله عرضی به هندسه مدل، نسبت درگ اصطکاکی به لیفت کل ورق ارزیابی گردیده و نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج موجود مقایسه شده اند. همچنین، تغییرات مقدار درگ اصطکاکی و طول سطح خیس در اثر جابجایی موقعیت طولی پله و تغییر در ارتفاع پله بررسی شده اند.

پیش بینی نوسانات تراز آب دریا ابزاری بسیار کارآمد به منظور مدیریت جامع دریا و حفاظت مناطق ساحلی است. از سوی دیگر استفاده از مفاهیم حاکم بر سری های زمانی در پیش بینی بسیار مناسب ارزیابی گردیده است. لذا در تحقیق حاضر، داده های اندازه گیری شده ماهانه تراز آب دریای خزر در دو ایستگاه ترازسنجی بندر انزلی و بندر نوشهر به ترتیب به مدت 40 سال و 14 سال در سواحل خزر جنوبی مورد استفاده قرار گرفت. وجود یا عدم وجود روند و بزرگی آن در داده ها با استفاده از آزمون ناپارامتری من-کندال بررسی شد. در گام بعدی، روش های مختلف پیش بینی و مدل سازی سری های زمانی شامل «خود همبسته با میانگین متحرک تفاضلی» و «آریمای مکثر» بر داده ها برازش داده شد. در ادامه، توانایی و دقت هر روش در پیش بینی مقادیر آتی تراز دریا توسط معیار اطلاعاتی آکاییکه ارزیابی شده و برای تعیین بهترین مدل سری زمانی مورد بررسی قرار داده شد. نتایج پیش بینی در مدل های نهایی نشان می دهد عملکرد روش آریمای مکثر بر پایه تجزیه و تحلیل سری های زمانی، در برآورد و شبیه سازی رفتار استوکستیک تراز دریای خزر قابل قبول می باشد. ضمن آنکه طول دوره پیش بینی در مدل ها نسبت به تحقیقات گذشته افزایش قابل ملاحظه ای داشته است.

برای بررسی رفتار جریان‍ ابرکاواک، می‍ توان از دیدگاه انرژی به دو قسمت تقسیم کرد. بررسی رفتار ابرکاواک در میدان جریان و در ناحیه ی مجاور میدان. از مقدارانرژی موجود در میدان، قسمت اعظمی از آن در میدان جریان محفوظ مانده و مقداری هم به خارج میدان، بصورت نویز یا همان صدا انتشار می‍ یابد. در مقاله حاضر ساختار های منسجم میدان را که به عنوان منابع انرژی در جریان هستند توسط روش POD (تفکیک به مد های متعامد) تفکیک شده و به نمایش گذاشته می شود که به عنوان مد های مکانی شناخته می شوند. جهت بررسی رفتار ابرکاواک در ناحیه ی مجاور، با تفکیک مدهای مکانی بوسیله‍ ی تفکیک هلمهولز، به تابع پتانسیل برداری و تابع پتانسیل اسکالر و مدل کردن قسمت پتانسیل اسکالر به مد‍ های همسازکروی، رفتار هر مد و در نتیجه رفتار ابرکاواک در ناحیه‍ ی مجاور را تخمین زد. با بررسی مدهای مکانی، مد اول که بیشترین انرژی را دارد، به عنوان جریان متوسط شناخته می شود و با بررسی شدت مدهای همساز کروی می توان نشان داد که منبع دوقطبی نماینده ی مناسبی برای رفتار میدان در ناحیه ی مجاور و در نتیجه رفتار ابرکاواک در ناحیه ی دوردست می باشد.

در این مقاله، هدف کاهش حرکت بین شناور اثرسطحی و توربین باد برای انتقال ایمن تجهیزات و اشخاص از شناور به توربین باد می باشد. شناورهایی با این کاربرد نقش مهمی در بهره برداری و نگهداری توربین های باد دارند. برای این منظور، سیستم کنترل رگولاتور مربعی خطی برای میرایی حرکت هیو شناور اثرسطحی طراحی شده است. برای بررسی قابلیت سیستم کنترل طراحی شده، نتایج برای سه وضعیت دریایی شامل امواج منظم با فرکانس بالا، امواج منظم با دامنه بزرگ و موج نامنظم ارزیابی شده است. در تمامی شرایط دریایی ارزیابی شده، سیستم کنترل کنترل رگولاتور مربعی خطی قادر به میرایی بیش از 95 درصد حرکت هیو بود. در هریک از شرایط نتایج با سیستم کنترل تناسبی-انتگرالی-مشتق گیر مقایسه شد. همچنین، به منظور اعتبارسنجی، نتایج با روش کنترلی تناسبی-مشتق گیر مقایسه شد. نتایج نشان داد که روش کنترلی رگولاتور مربعی خطی یک روش کارآمد برای کنترل حرکت هیو است و نسبت به روش کنترلی تناسبی-مشتق گیر، دارای زمان نشست کمتر و درصد میرایی بیشتری می باشد.

برای کاهش آلودگی صوتی، باید نوع منبع صدا و توان آن مشخص شود. بدین منظور باید این صدا اندازه گیری شود و سپس با یک سری از منابع چندقطبی معادل شود و توان آکوستیکی آنها بدست آید. جهت نیل به این هدف دو روش جداسازی کور منابع و روش معکوس مورد بررسی قرار گرفته است. چیدمان های مختلف از منابع در نظر گرفته شده و توان آکوستیکی منابع بدست آمد که به کمک معیار عدم انطباق مطابقت خوبی بین این صداهای مدل شده و صدای اصلی بدست آمد. با توجه به این نکته که آرایش های مختلفی از منابع را می توان پیشنهاد داد این چیدمان ها بررسی شدند و در انتها یک چیدمان مرجع از منابع به نام آرایش عمودی منابع برگزیده شد که این چیدمان را می توان به عنوان یک فرم استاندارد در نظر گرفت. در این چیدمان استاندارد تمام منابع چند قطبی وجود دارد. این قابلیت در بقیه مدل های که تا کنون ارائه شده است وجود ندارد.

ضرایب یا مشتقات هیدرودینامیکی وسایل زیرسطحی خودکنترل در توسعه آنها نقش بسزایی دارند. مرسوم ترین روش تخمین این مشتقات، انجام تست های مدل کپتیو از قبیل تست های مستقیم الخط و تست های مکانیزم حرکت صفحه ای در تانک های کشش می باشد. هدف از این مقاله ارزیابی مشتقات هیدرودینامیکی وسایل زیرسطحی خودکنترل با استفاده از مدل سازی مانورهای پایه در تونل آب می باشد. اندازه گیری نیرو و گشتاور ها در تست های مدلی با یک بالانس شش مولفه ای انجام شده است. پیاده سازی مانورهای پایه مورد نیاز جهت تخمین مشتقات هیدرودینامیکی با استفاده از یک سیستم طراحی شده انجام شده است. با انجام تست های متفاوت، محدوده مناسب انتخاب پارامترها در تونل جهت تخمین مشتقات هیدرودینامیکی ارایه شده است. همچنین با انجام این تست ها در تونل آب، خطای های ناشی از محدودیت دروه زمانی انجام تست ها و اثرات امواج سطحی در تانک کشش برای وسایل زیرسطحی خودکنترل باکاربرد در آبهای عمیق حذف می شود.

در صنایع دریایی قطعات جوشکاری شده ی معیوب تعمیر می شوند تا حین کار قطعه دچار مشکل نشود. ممکن است یک قطعه چند بار تعمیر شود. در این تحقیق اثر یک و دو بار تعمیر بر ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی جوش آلیاژ آلومینیم 321H-5083 جوشکاری شده تحت فرآیند میگ پالسی برررسی می شود. نتایج حاکی از آن است که حرارت اضافی ناشی از تعداد دفعات تعمیر سبب پیشرفت بیشتر استحاله های تبلورمجدد، رشد دانه در منطقه متاثر از حرارت و افزایش اندازه دانه ها می شود. نتایج حاصل از آزمون کشش و ریزسختی افت خواص مکانیکی در منطقه متاثر از حرارت نمونه دو مرتبه تعمیر را نشان می دهد. با این حال نمونه دو مرتبه تعمیر منطقه پسیو قابل ملاحظه ای در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت نشان می دهد. همچنین نمونه دو بار تعمیر مقاومت به خوردگی حفره ای پایدارتری از خود نشان می دهد.

حوضچه های جزر و مدی با چند مشخصه اصلی نظیر ناحیه فعال جزر و مدی، کانال های جزر و مدی و منشور جزر و مدی تعریف می شوند. تنها نیروی موثر در این نواحی جزر و مد است که با برخی روابط تجربی بر مبنای مشاهدات عینی توسعه یافته اند فرموله شده اند. اگرچه روابط تجربی برخی الگوهای مورفولوژی را توصیف می نمایند ولی قابل تعمیم به همه شرایط نیست. به دلیل کمبود مشاهدات برای مناطق مختلف و تحت شرایط مورفولوژی گوناگون، روابط تجربی دارای اعتبار محدودی است. با توجه به پیشرفت های اخیر در توسعه مدل های عددی، در حال حاضر مدل های پروسه محور بلند مدت مورفولوژی قادر به شبیه سازی رفتار مورفولوژیک حوضچه های جزر و مدی هستند. هدف از این مطالعه ارزیابی تاثیر نیروی جزر و مد بر تعادل مورفولوژی با برپاسازی آزمایشگاهی عددی و تولید داده های کافی در مورد حوضچه جزر و مدی موسی است. به منظور ارزیابی جامع الگوی مورفولوژی و با توجه به هزینه محاسباتی مدل های بلند مدت، دسته ای از سناریوها برای بهینه سازی تعداد مدلسازی ها طراحی شده اند. در مجموع 65 سناریو با ترکیبات مختلفی از مقادیر پارامترها اجرا گردید. پاسخ سناریو ها با استفاده از روش های آماری تحلیل گردید تا تعریف جامعی از تاثیر جزر و مد و این پارامترها بر تعادل مورفولوژی شبیه سازی شده ارائه گردد. با استفاده از الگوی کلی استحصال شده روشی بر مبنای شاخص BSS اصلاحی به منظور مدلسازی تکامل خور موسی در 3000 سال توسعه داده شد. این روش نتایج بلند مدت را در شرایط مختلف بهبود داده است، مقایسه داده های خروجی و اندازه گیری موید این مطلب است.

با توجه به اثرگذاری امواج دریا بر فعالیت های دریایی، به بررسی ارتفاع موج و تاثیر عوامل مختلف بر این متغیر در منطقه چابهار پرداخته شد. به این منظور از اطلاعات امواج طی سال های آماری 1386 تا 1390، برای مدل سازی روزانه و آمار ماه های بهمن و اسفند سال 1385 برای مدل سازی ساعتی استفاده شد. نتایج روش مونت کارلو با نتایج حاصل از روش استنتاج فازی مبتنی بر الگوریتم ازدحام ذرات مقایسه گردید. نتایج نشان داد روش مونت کارلو در هر دو بازه ساعتی و روزانه عملکرد بهتری داشته، به طوری که ضریب تبیین، جذر میانگین مربعات خطا، شاخص توافق ویلموت و میانگین قدر مطلق خطا به ترتیب برابر 941/0، 08/0، 9822/0 و 0545/0 برای مدل سازی ساعتی و 8499/0، 1878/0، 9499/0 و 1199/0 برای بازه روزانه حاصل شد. در مدل ترکیبی، معیارهای آماری فوق به ترتیب برابر با 911/0، 1065/0، 9647/0 و 0698/0 برای مدل سازی ساعتی و 8316/0، 2225/0، 9109/0 و 1665/0 برای مدل سازی روزانه بدست آمد. مقایسه نتایج، حاکی از عملکرد مناسب مدل مونت کارلو در مدل سازی ارتفاع موج برای این منطقه بوده است.

در این مقاله مکانیزم تولید، پیشروی و بالاروی امواج سونامی ناشی از زمین لغزش زیرسطحی به صورت دو بعدی مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از یک روش عددی کاملا لاگرانژی مبتنی بر ذرات و بدون شبکه بندی با نام روش هیدرودینامیک ذرات هموار تراکم ناپذیر، معادلات ناویر-استوکس که معادلات حاکم بر جریانات با سطح آزاد هستند بوسیله یک روش پیش بینی-تصحیح حل شده اند. مقایسه پروفیل موج بدست آمده با داده های آزمایشگاهی و خروجی های مدل عددی Nasa-Vof حاکی از آن است که دامنه موج محاسبه شده توسط این روش اختلافی کمتر از 5 سانتیمتر با داده های آزمایشگاهی در تمامی زمان ها دارد و با دقت بالاتری نوسانات سطح آب و میزان بالاروی بروی ساحل را تا زمان 3 ثانیه شبیه سازی می کند.