Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Πατρών Εξέλιξη μορφολογίας παρακτίου πυθμένα λόγω μεταφοράς ιζήματος κλίνης και σε αιώρηση κατά τη θραύση κυμάτων μέσω αριθμητικής προσομοίωσης Αθανάσιος Α. Δήμας, Καθηγητής Γεράσιμος Α. Κολοκυθάς, Πολιτικός Μηχανικός, MSc, PhD Γεώργιος Α. Λευθεριώτης, Μηχανολόγος Μηχανικός, MSc

Εισαγωγή Θραύση κύματος Τα θαλάσσια κύματα στην παράκτια ζώνη βρίσκονται σε διαρκή αλληλεπίδραση με τον πυθμένα, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μιας σειράς σημαντικών διεργασιών, όπως η θραύση των κυμάτων, η δημιουργία κυματογενών ρευμάτων και η μεταφορά ιζήματος. Η αύξηση της διατμητικής τάσης πυθμένα στη ζώνη θραύσης δύναται να θέσει σε κίνηση το ίζημα του πυθμένα προκαλώντας μεταφορά ιζήματος κλίνης και σε αιώρηση. Θραύση κύματος Αύξηση διατμητικής τάσης πυθμένα Ίζημα κλίνης και σε αιώρηση

Στόχοι Ανάπτυξη αριθμητικού μοντέλου για την αριθμητική προσομοίωση Τυρβώδους, συνεκτικής ροής ελεύθερης επιφάνειας και φαινομένων που συνδέονται με τη θραύση κυμάτων στην παράκτια ζώνη. Μελέτη της μεταφοράς και συγκέντρωσης αιωρούμενου ιζήματος στην περιοχή της θραύσης και στη ζώνη απόσβεσης των θραυόμενων κυμάτων. Μελέτη της μεταφοράς ιζήματος κλίνης και σε αιώρηση λόγω παλλόμενης ροής υπεράνω πυθμένα με πτυχώσεις και μεταβολή της μορφολογίας του πυθμένα.

Μεθοδολογία Εξισώσεις Ροής Εξίσωση συνέχειας Εξισώσεις Navier-Stokes Εξίσωση Μεταγωγής-Διάχυσης (Sc = 1)

Υπολογιστικό Πεδίο Ροής Μεθοδολογία Υπολογιστικό Πεδίο Ροής Πυθμένας με Πτυχώσεις

Inflow wave parameters Αποτελέσματα Τυπικό στιγμιότυπο ισοϋψών της ανύψωσης της ελεύθερης επιφάνειας κατά την υπό γωνία διάδοση κυμάτων πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης Inflow wave parameters φΙ 20° 30° λ2 = LF = λI/sinφΙ 19.31 13.21 ξο 0.197 0.192 Numerical parameters Δs1 0.04 Fourier nodes 128 Chebyshev nodes 64 Δt 5∙10-4

Αποτελέσματα Στιγμιότυπα της ανύψωσης της ελεύθερης επιφάνειας κατά τη διάδοση κυμάτων πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης tanβ = 1/35. Σύμβολα: Ting & Kirby (1994)

Αποτελέσματα Κατακόρυφη κατανομή της μέσης οριζόντιας ταχύτητας σε τέσσερις θέσεις εντός της ζώνης απόσβεσης. Σύμβολα: Ting & Kirby (1994)

Αποτελέσματα Στιγμιότυπα κατανομής της συγκέντρωσης ιζήματος πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης για κόκκους διαμέτρου (α) D*Α = 10-4, (β) D*Β = 2∙10-4 και (γ) D*C = 5∙10-4.

Αποτελέσματα Μεταβολή συγκέντρωσης ιζήματος σε αιώρηση ως προς το βάθος, για τις τρεις περιπτώσεις διαμέτρου κόκκου, κατά τη διάρκεια μίας περιόδου στη θέση x1 = 41.5.

Αποτελέσματα Χωρική κατανομή της καθαρής παροχής ιζήματος σε αιώρηση σε διάρκεια μίας περιόδου κύματος, για τις τρεις περιπτώσεις διαμέτρου κόκκου.

Αποτελέσματα Πεδίο στροβιλότητας και συγκέντρωσης του ιζήματος σε αιώρηση κατά την αναστροφή της κατεύθυνσης της ροής (ψ = 10)

Αποτελέσματα Πεδίο στροβιλότητας και συγκέντρωσης του ιζήματος σε αιώρηση τη χρονική στιγμή 10Τ/8 για διαφορετικές τιμές του ψ. Lr /αο = 1.647 ψ = 4 Lr /αο = 1.445 ψ = 10 Lr /αο = 0.991 ψ = 40

Αποτελέσματα Χρονική εξέλιξη της μορφολογίας αρχικά οριζόντιου πυθμένα με μια τοπική διαταραχή στο μέσο του πεδίου.

Επαγγελματική Πορεία Υποτρόφων Γεράσιμος Κολοκυθάς: Συμμετείχε καθ’ όλη τη διάρκεια του έργου. Η διδακτορική διατριβή του παρουσιάσθηκε επιτυχώς στις 12/7/2013 και σχετίζεται εξ’ ολοκλήρου με τα αποτελέσματα του έργου. Από το 2014 είναι στέλεχος του ινστιτούτου «Flanders Hydraulics Research» στο Βέλγιο. Γεώργιος Λευθεριώτης: Συμμετείχε κατά το 3ο έτος του έργου. Από το 2012 είναι υποψήφιος διδάκτορας του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών σε ερευνητικό αντικείμενο που βασίζεται στα αποτελέσματα του έργου.

Επιτεύγματα Έργου Τα αποτελέσματα του έργου παρουσιάσθηκαν στα παρακάτω επτά (7) επιστημονικά άρθρα: Kolokythas, G.A., Grigoriadis, D.G.E., and Dimas, A.A., 2014. Dynamic Friction Angle/Coefficient in Formulas of Bed Load Transport Induced by Waves over Ripples. Journal Hydraulic Engineering ASCE, υπό κρίση. Kolokythas, G.A., and Dimas, A.A., 2013. Three-Dimensional Modelling of wave-induced currents in the surf zone. Coastal Dynamic 2013, Arcachon, France. Κολοκυθάς, Γ.Α. και Δήμας, Α.Α., 2013. Τρισδιάστατη Προσομοίωση Κυματογενών Ρευμάτων από τη Θραύση Κυμάτων στην Παράκτια Ζώνη. Πρακτικά Έκτο Πανελλήνιο Συνέδριο Λιμενικών Έργων, 12-21, Αθήνα. Κολοκυθάς, Γ.Α., και Δήμας, Α.Α., 2012. Διάδοση θραυομένων κυμάτων πάνω από επίπεδο πυθμένα σταθερής κλίσης μέσω μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων κυμάτων. 2ο Κοινό Συνέδριο ΕΥΕ-ΕΕΔΥΠ, Πάτρα.* Kolokythas, G.A., Dimakopoulos, S.A., and Dimas A.A., 2012. Large-Wave Simulation of Turbulent Flow Induced by Wave Propagation and Breaking Over Constant Slope Bed. Proceedings of the International Conference on Coastal Engineering (ICCE20212). Kolokythas, G.A. and Dimas A.A., 2012. Numerical Simulation of Viscous Flow Under Breaking Waves Over Constant Slope Bed. Proceedings of the 22nd International Offshore and Polar Engineering Conference. Κολοκυθάς, Γ.Α. και Δήμας Α.Α., 2011. Αριθμητική Προσομοίωση Συνεκτικής Ροής κατά τη Διάδοση και Θραύση Κυμάτων πάνω από Πυθμένα Σταθερής Κλίσης. Πρακτικά Πέμπτου Πανελλήνιου Συνεδρίου Διαχείρισης και Βελτίωσης Παρακτίων Ζωνών, Αθήνα. *Για την εργασία υπ αρ. 4, απενεμήθη στον κ. Κολοκυθά το ένα εκ των δύο βραβείων καλύτερης εργασίας μεταπτυχιακού φοιτητή του εν λόγω Συνεδρίου.

Χρησιμότητα του Έργου Τα αποτελέσματα του έργου αποτέλεσαν τη βάση για τη χρηματοδότηση των παρακάτω ερευνητικών προγραμμάτων: Ερευνητικό Πρόγραμμα ΑΡΙΣΤΕΙΑ Ι με Επιστημονικό Υπεύθυνο τον Αθανάσιο Δήμα, η οποία και χρηματοδοτήθηκε για το διάστημα 2012-2015. Ερευνητικό Πρόγραμμα Marie-Curie Actions, Initial Training Network, με Επικεφαλή του Consortium και Επιστημονικό Υπεύθυνο τον Αθανάσιο Δήμα, η οποία και χρηματοδοτήθηκε για το διάστημα 2013-2017.