Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

Η παρουσίαση φορτώνεται. Παρακαλείστε να περιμένετε

ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -1- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ 2009-2010 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δρ. ΘΕΟΧΑΡΗΣ.

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Παρουσίαση με θέμα: "ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -1- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ 2009-2010 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δρ. ΘΕΟΧΑΡΗΣ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -1- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δρ. ΘΕΟΧΑΡΗΣ ΚΟΦΤΗΣ ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ

2 -2- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ  ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ  ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ

3 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -3- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΙΚΑ Οι κυματισμοί που δημιουργεί η επίδραση του ανέμου στην επιφάνεια της θάλασσας, δεν είναι «μονοχρωματικοί». Η επιφάνεια της θάλασσας μπορεί να: • προσεγγιστεί με σύνθεση περισσοτέρων κανονικών κυματισμών (άθροιση αρμονικών συνιστωσών με διαφορετικά ύψη κύματος και κυματικές περιόδους) • να αναλυθεί σαν στοχαστικό μέγεθος, όπου τα βασικά μεγέθη (ύψος και κυματική περίοδο), ακολουθούν συγκεκριμένους πιθανολογικούς νόμους κατανομής Η ανάλυση που ακολουθεί διερευνά την συσχέτιση των γενεσιουργών αιτίων (ανέμου και περιοχής γένεσης) με το αποτέλεσμα (χαρακτηριστικές τιμές Η,Τ) και την στατιστική ανάλυση των ανεμογενών κυματισμών.

4 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -4- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ ΓΕΝΕΣΗ ΑΝΕΜΟΓΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ: Μεταφορά ενέργειας από τα κινούμενα κατώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα στις επιφανειακές θαλάσσιες μάζες. Η ενέργεια αρχικά περνά από την ατμόσφαιρα στην θάλασσα με την διάτμηση και στη συνέχεια με την αναδιαμόρφωση του πεδίου των πιέσεων πάνω από τις κορυφές και τις κοιλιές του κύματος Επικρατούσα Θεωρία Philips (1957) και Miles (1960): H κυματογένεση ξεκινά με γραμμική αύξηση του κύματος, λόγω συντονισμού με τις τυρβώδεις διαταραχές πιέσεως και τριβής στην επιφάνεια και συνεχίζει με εκθετικό ρυθμό αναπτύξεως λόγω υδροδυναμικής αστάθειας.

5 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -5- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Τα στοιχεία των κυματισμών Η, Τ, είναι συναρτήσεις των t D = διάρκειας της πνοής του ανέμου U 10 = χαρακτηριστική ταχύτητα του ανέμου μετρημένη σε ύψος 10m πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας F eff = αποτελεσματικό μήκος ανάπτυξης των κυματισμών U 10 : Είτε μετριέται απευθείας, είτε υπολογίζεται με βάση ταχύτητα ανέμου σε ύψος z πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας, με τη χρήση του της σχέσης όπου (0

6 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -6- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Για τον υπολογισμό της χαρακτηριστικής ταχύτητας άνεμου U 10 είναι δυνατή η χρήση της γεωστροφικής ταχύτητας U g όπου ρ: η πυκνότητα του αέρα (~1.3 kg/m 3 ) f = 2Ωsinφ: ο συντελεστής Coriolis φ: το γεωγραφικό πλάτος Ω: η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής της γης : η ατμοσφαιρική βαροβαθμίδα : η ατμοσφαιρική βαροβαθμίδα Η U 10 έχει κατεύθυνση προς το βαρομετρικό χαμηλό και σχηματίζει γωνια ~20 ο -40 ο ως προς την U g

7 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -7- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Υπολογισμός αποτελεσματικού μήκους ανάπτυξης των κυματισμών F eff = αποτελεσματικό μήκος ανάπτυξης των κυματισμών Από το σημείο όπου υπολογίζονται τα στοιχεία του κύματος ως την απέναντι ακτή κατά μήκος της κατεύθυνσης πνοής του ανέμου και 45 ο εκατέρωθεν αυτής. Για το μέγεθος αυτό ισχύει:

8 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -8- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Υπολογισμός αποτελεσματικού μήκους ανάπτυξης των κυματισμών Παράδειγμα: 1. Περιοχή με μικρό μήκος ανάπτυξης των κυματισμών (για βόρειο άνεμο) 2. Περιοχή με μεγάλο μήκος ανάπτυξης των κυματισμών (για βόρειο άνεμο) Β Β

9 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -9- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗ ΤΩΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΩΝ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Η ανάπτυξη των κυματισμών εξαρτάται και από τις τρεις παραμέτρους, U, t D και F eff και ανάλογα από τις τιμές τους διακρίνονται τρεις καταστάσεις: Η ανάπτυξη των κυματισμών εξαρτάται και από τις τρεις παραμέτρους, U, t D και F eff και ανάλογα από τις τιμές τους διακρίνονται τρεις καταστάσεις: α. Ανάπτυξη με περιορισμό χρόνου t D Στην περίπτωση αυτή το μήκος ανάπτυξης F eff είναι πολύ μεγάλο και τα στοιχεία του κύματος (Η,Τ) εξαρτώνται από τη διάρκεια πνοής του ανέμου t D και την ταχύτητα U. β. Ανάπτυξη με περιορισμό μήκους ανάπτυξης F eff Στην περίπτωση αυτή η διάρκεια πνοής του ανέμου t D είναι πολύ μεγάλη και τα στοιχεία του κύματος (Η,Τ) εξαρτώνται από το μήκος ανάπτυξης F eff και την ταχύτητα U. γ. Πλήρως αναπτυγμένη κατάσταση κυματισμών (FDS- Fully Developed Sea) Στην περίπτωση αυτή η διάβαση ενέργειας από την ατμόσφαιρα στη θάλασσα δεν περιορίζεται ούτε από τη διάρκεια πνοής του ανέμου t D ούτε από το μήκος ανάπτυξης F eff και τα στοιχεία του κύματος (Η,Τ) εξαρτώνται μόνο από την ταχύτητα U.

10 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -10- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Ανεμογενείς κυματισμοί: στοχαστικά μεγέθη που ακολουθούν συγκεκριμένους πιθανολογικούς νόμους κατανομής Ψηφιοποίηση της χρονοσειράς της ανύψωσης της στάθμης της ελεύθερης επιφάνειας n(t) Ψηφιακή καταγραφή μεταβολής της στάθμης της ελεύθερης επιφάνειας [καταγραφές από πειραματικά αποτελέσματα]

11 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -11- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ • Οι ανά χρονικές στιγμές Δt τιμές της στάθμης n(t) αποτελούν στοχαστικό φαινόμενο, που ακολουθεί την κατανομή Gauss • i, i+1, i+2, … σημεία μηδενικής προς τα άνω διάβασης (zero upcrossing) • Τα Η i (μέγιστες διαφορές στάθμης μεταξύ δύο διαδοχικών σημείων μηδενικής προς τα άνω διάβασης) είναι επίσης στοχαστικά μεγέθη και ακολουθούν την κατανομή Rayleigh HiHiHiHi TiTiTiTi H i+1 T i+1

12 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -12- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ HiHiHiHi TiTiTiTi Ύψη κύματος Η και κυματικές περίοδοι Τ που προκύπτουν από τη μεταβολή της στάθμης της ελεύθερης επιφάνειας Ιστογράφημα κατανομής ύψους κύματος Τα Η i που αποδελτιώνονται με αυτό το τροπο είναι στοχαστικά μεγέθη και ακολουθούν την κατανομή Rayleigh

13 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -13- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ H πιθανότητα υπέρβασης μιας τιμής H ΚΑΤΑΝΟΜΗ Rayleigh Η συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας, δηλ. η πιθανότητα η τιμή Η να βρίσκεται μεταξύ των Η-δΗ και Η+δΗ

14 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -14- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Πιθανότητα (P

15 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -15- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Χαρακτηριστικά ύψη κύματος που παρατηρούνται στην κατανομή Rayleigh Χαρακτηριστικά ύψη κύματος που παρατηρούνται στην κατανομή Rayleigh • ΜΕΣΟ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ • ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ : η μέση τιμή του ανώτερου 33% των υψών κύματος Η τιμή Η s (σημαντικό ύψος κύματος) χρησιμοποιείται συχνά γιατί συμπίπτει με την τιμή ύψους κύματος που δίνει ένας ναυτικός από την οπτική παρατήρηση της θάλασσας • ΜΕΓΙΣΤΟ ΠΙΘΑΝΟ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ (σε δείγμα Ν τιμών Η, πρόκειται για το Η με πιθανότητα υπέρβασης 1/Ν) βρίσκεται από την κατανομή Rayleigh όπου Ν= Τ L /Τ z : Τ L η διάρκεια καταγραφής και Τ z η μέση περίοδος κύματος.

16 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -16- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Χαρακτηριστικά ύψη κύματος που παρατηρούνται στην κατανομή Rayleigh Χαρακτηριστικά ύψη κύματος που παρατηρούνται στην κατανομή Rayleigh • ΜΕΣΟ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ • ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ ΥΨΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ

17 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -17- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Συσχέτιση πληροφοριών από καταγραφές Τυπική απόκλιση της χρονοσειράς διακύμανσης της ελεύθερης επιφάνειας Τυπική απόκλιση της χρονοσειράς διακύμανσης της ελεύθερης επιφάνειας Δυναμική ενέργεια του κύματος Μηχανική ενέργεια του κύματος

18 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -18- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Οι ακραίες τιμές ύψους κύματος π.χ. τα σημαντικά ύψη,από μια σειρά Μ καταγραφών κυματισμών Hs 1, Hs 2,.....Ηs M κατά τη διάρκεια μιάς μακράς περιόδου αποτελούν στοχαστική μεταβλητή που ακολουθεί κατανομή Weibul με γενική μορφή για c=0, b=1 η σχέση για την πιθανότητα υπέρβασης γίνεται μονοπαραμετρική Η κλίση -1/a μπορεί να υπολογιστεί γραφικά από την παράσταση των ζευγών τιμών H s, ln(P) (Σχ.5.5) Με τη μέθοδο αυτή μπορεί να εκτιμηθούν τιμές Η s με μικρή πιθανότητα υπέρβασης (μεγάλη περίοδο επανεμφάνισης 10,100 έτη κλπ).

19 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -19- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Σχ Γραφική εκτίμηση του a και ακραίας τιμής Η s για μικρό Ρ π.χ. από καταγραφές ενός έτους Εκτίμηση πιθανότητα υπέρβασης 1/10000

20 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -20- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Η μορφή της ελεύθερης επιφάνειας της θάλασσας μπορεί να προσεγγιστεί με σειρά ημιτονοειδών κυμάτων Για κάθε αρμονική συνιστώσα η πυκνότητα ενέργειας υπολογίζεται από τη σχέση Μπορεί να οριστεί η συνάρτηση Ε(ω) της πυκνότητας ενέργειας των αρμονικών συχνοτήτων μεταξύ ω και δω Ορίζεται ως φασματική πυκνότητα: η κατανομή της συνάρτησης Ε(ω) για όλες τιμές του ω

21 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -21- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Eνεργειακά φάσματα, ορίζονται ως οι αναλυτικές σχέσεις που περιγράφουν την κατανομή της Ε(ω), δηλαδή πως είναι κατανεμημένη η περιεχόμενη μηχανική ενέργεια στις διάφορες συχνότητες που περιέχονται σε ένα σύνθετο κυματισμό. ΦΑΣΜΑΤΑ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΟΥΝΤΑΙ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗ • Φάσμα JONSWAP Από εκτεταμένες μετρήσεις και αναλύσεις στη Β. Θάλασσα Αφορά ανάπτυξη κυματισμών με περιορισμό μήκους (συνηθέστερη περίπτωση για παράκτιες λεκάνες • Φάσμα P-M (Pierson-Moskowitz) Αφορά πλήρως ανεπτυγμένους κυματισμούς, όπου ουσιαστικά η διάρκεια πνοής του ανέμου t D και το μήκος αναπτύγματος F είναι απεριόριστα

22 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -22- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ JONSWAP ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ

23 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -23- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ Pierson Moskowitz (PM) Η διάρκεια πνοής του ανέμου και το μήκος αναπτύγματος είναι απεριόριστα ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ

24 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -24- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Μορφολογία ενεργειακών φασμάτων JONSWAP και P-M

25 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -25- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΦΑΣΜΑΤΑ Η εξέλιξη ενός ενεργειακού φάσματος με την συνεχιζόμενη πνοή ανέμου μορφολογικά περιγράφεται στο σχήμα όπου φαίνεται η μεταφορά ενέργειας από τις ψηλότερες συχνότητες στις χαμηλότερες με τον χρόνο (αύξηση του ύψους κύματος και της περιόδου)

26 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -26- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ (wave forecasting) Μέθοδοι συσχέτισης των φυσικών συνθηκών (ταχύτητα ανέμου, μήκος ανάπτυξης, διάρκειας πνοής) με τα συνεπαγόμενα στοιχεία κύματος (ύψος κύματος, περίοδος κύματος) Χρησιμοποίηση είτε δυναμικών υπολογιστικών μοντέλων είτε εμπειρικών μοντέλων. Συχνότερα εφαρμοζόμενα εμπειρικά μοντέλα πρόγνωσης κυματισμών: •SMB (Svedrup-Munk-Bretschneider) •JONSWAP-PM (ενεργειακά φάσματα)

27 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -27- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ JONSWAP- PM -1/3- 1. Έλεγχος παραμέτρου φάσματος Α. Αν ισχύει η ανισότητα τότε έχουμε πλήρης ανάπτυξη κυματισμών, άρα χρήση φάσματος PM (Pierson-Moskowitz) και εφαρμογή των σχέσεων 5.32 και 5.33 για υπολογισμό H s και T p Όπου ισχύουν οι παρακάτω σχέσεις για U A και T p T p : ορίζεται η περίοδος που αντιστοιχεί στην κορυφή του ενεργειακού φάσματος T s : η περίοδος που αντιστοιχεί στo H s : σημαντικό ύψος κύματος T z : η μέση περίοδος του κύματος

28 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -28- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ JONSWAP- PM -2/3- 1. Έλεγχος παραμέτρου φάσματος Β. Αν ΔΕΝ ισχύει η ανισότητα τότε γίνεται εφαρμογή του ενεργειακού φάσματος JONSWAP Β1. Εφόσον ισχύει (περιορισμός μήκους) γίνεται εφαρμογή των σχέσεων 5.29 και 5.30 για τον υπολογισμό των H s και T p όπου στη θέση του x εφαρμόζεται το F Έλεγχος ανισότητας (σχέση 5.31)

29 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -29- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ JONSWAP- PM -3/3- Β2. Εφόσον ΔΕΝ ισχύει (περιορισμός διάρκειας), τότε εφαρμόζεται η σχέση 5.31 ως ισότητα για τον υπολογισμό του x Έλεγχος ανισότητας (σχέση 5.31) Ακολούθως γίνεται εφαρμογή των σχέσεων 5.29 και 5.30 για τον υπολογισμό των H s και T p με το x που υπολογίστηκε

30 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -30- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ SMB -1/2- 1.Υπολογισμός των παραμέτρων Σχ.5.11 Διάγραμμα εκτίμησης της παραμέτρου Φ 2. Εύρεση σημείου Μ στο διάγραμμα Α. Αν το σημείο Μ βρίσκεται πάνω από τη γραμμή, ως τιμή Φ επιλέγεται η αρχική: Φ=Φ1 Φ1 Μ Β. Αν το σημείο Μ βρίσκεται κάτω από τη γραμμή, τότε βρίσκεται, γραφικά, η Φ2 (από την τομή της κάθετης στη θέση gt D /U με την καμπύλη του διαγράμματος) και επιλέγεται Φ=Φ2 Φ1 Μ Φ2

31 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -31- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ SMB -2/2- Με την τιμή του Φ που επιλέχθηκε υπολογίζονται τα H s, T s με εφαρμογή των σχέσεων 5.34 και 5.35

32 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -32- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ  ΜΕΘΟΔΟΣ DARBYSHIRE - DRAPER Γραφική μέθοδος υπολογισμού με εφαρμογή σε νερά μικρού βάθους (<50m). Γίνεται χρήση του διαγράμματος Σχ.5.12 Σχ.5.12 Υπολογισμός στοιχείων κύματος με μέθοδο Darbyshire - Draper

33 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -33- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΡΟΓΝΩΣΗ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ (wave forecasting) Δυναμικά (υπολογιστικά) μοντέλα πρόγνωσης κυματισμών Διατήρηση της κατευθυντικής φασματικής πυκνότητας ενέργειας Το κυματικό μοντέλο ΠΟΣΕΙΔΩΝ

34 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -34- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΚΥΜΑΤΙΣΜΩΝ Σύγχρονες μέθοδοι καταγραφής κυματισμών με τη χρήση πλωτών διατάξεων που αγκυροβολούνται στην ανοιχτή θάλασσα και προσφέρουν πλήθος ψηφιακών καταγραφών όπως: • Ατμοσφαιρική πίεση • Θερμοκρασία ανέμου • Ταχύτητα και κατεύθυνση ανέμου • Σημαντικό ύψος, κατεύθυνση και περίοδος κύματος Πλωτοί σταθμοί μέτρησης

35 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -35- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΑΣΚΗΣΗ 5.1 Σε κυματικό επεισόδιο διάρκειας t D =8hrs η ανάλυση με τη μέθοδο της μηδενικής προς τα άνω διάβασης καταγραμμένου δείγματος έδωσε την τιμή μέσης τετραγωνικής ρίζας για το ύψος κύματος H rms =1.5m και μέσης περιόδου Τ z =5.4 sec. Σε κυματικό επεισόδιο διάρκειας t D =8hrs η ανάλυση με τη μέθοδο της μηδενικής προς τα άνω διάβασης καταγραμμένου δείγματος έδωσε την τιμή μέσης τετραγωνικής ρίζας για το ύψος κύματος H rms =1.5m και μέσης περιόδου Τ z =5.4 sec. Να υπολογιστούν: i)το σημαντικό ύψος κύματος Η s, ii)το ύψος κύματος Η που έχει πιθανότητα υπέρβασης P(>H)=0.1% και iii)το μέγιστο πιθανό ύψος κύματος H max.

36 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -36- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΑΣΚΗΣΗ 5.2 Μεταξύ δύο παραλλήλων ακτών σε μεταξύ τους απόσταση x=20000m δρα άνεμος ταχύτητας U 10 =15m/sec, με κάθετη διεύθυνση στις ακτές, ο οποίος διαρκεί t D =6hrs. Μεταξύ δύο παραλλήλων ακτών σε μεταξύ τους απόσταση x=20000m δρα άνεμος ταχύτητας U 10 =15m/sec, με κάθετη διεύθυνση στις ακτές, ο οποίος διαρκεί t D =6hrs. Να υπολογιστεί η μέγιστη πιθανή τιμή του ύψους κύματος H max, που μπορεί να προκαλέσει στην ακτή προς την οποία δρα.

37 ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -37- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΑΣΚΗΣΗ 5.3 Άνεμος ταχύτητας U 10 =16kn [kn: (ναυτικός) κόμβος] δρα σε απεριόριστη έκταση για μεγάλη διάρκεια στην ανοιχτή θάλασσα. Οι κυματισμοί που προκαλεί διαδίδονται στην ακτή σε απόσταση F=200ΝΜ [NM: ναυτικό μίλι]. Να υπολογιστούν τα σημαντικά στοιχεία του κυματισμού (περίοδος κορυφής Τ p και σημαντικό ύψος κύματος Η s ).


Κατέβασμα ppt "ΑΚΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΛΙΜΕΝΙΚΑ ΕΡΓΑ -1- AΝΕΜΟΓΕΝΕΙΣ ΚΥΜΑΤΙΣΜΟΙ ΠΑΡΑΔΟΣΕΙΣ ΕΑΡΙΝΟΥ ΕΞΑΜΗΝΟΥ 2009-2010 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Δρ. ΘΕΟΧΑΡΗΣ."

Παρόμοιες παρουσιάσεις


Διαφημίσεις Google