Sonlu Su Derinliğinde Rijit Bir Cisme Etkiyen Lineer Olmayan Dalga Kuvvetlerinin Teorik Ve Deneysel İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada, sonlu su derinliğinde çakılı duran dairesel kesitli bir kazığa etkiyen nonlineer dalga kuvvetleri teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Teorik çalışmalarda, hidrodinamik sınır değer problemi nümerik olarak çözülmüştür. İdeal sıvı kabulü yapılarak, viskoz etkiler ihmal edilmiş ve akışkan hareketi hız potansiyelleri ile ifade edilmiştir. Green Teoremi kullanmak suretiyle ve cisim üzerindeki kinematik sınır koşulunu uygulayarak, ikinci cins lineer, homojen olmayan Fredholm İntegral Denklemi elde edilmiştir. İntegral Denkleminin çekirdeği karmaşık olduğu için kapalı analitik çözümler bulmak mümkün olmadığından nümerik bir çözüm metodu uygulanmıştır. Bu çözüm metoduna göre, cismin ıslak yüzeyinin üç boyutlu tekillikler ile kaplı olduğu düşünülmüştür. Böylece potansiyeller ve basınçlar her elemanın merkezinde hesaplanabilmektedir. Bir sonraki adım da ise hidrodinamik dalga kuvvetleri ve momentleri hesaplanmaktadır. Oluşan kuvvetler basınç dağılımından kaynaklandığı için, basınçların da deneysel olarak elde edilmesi düşünülmüştür. Basınç dağılımlarının, çok yüksek dalga boyları dışında iyi bir uyum sağladığı ve derinlik arttıkça uyumun daha da iyileştiği görülmüştür.

In this study, nonlinear wave effects on a pile of cylindrical cross-section driven in water of finite depth is solved theoretically and experimentally. In theoretical study, the second-order boundary value problem is solved numerically. Assuming that the fluid is ideal and irrotational, the viscous effects are neglected and the fluid motion is represented by velocity potentials. Using the Green’s Second theorem, the potential problem is formulated for the first order. The kinematic boundary condition is satisfied on the body’s wetted surface and a linear inhomogeneous Fredholm Integral Equation of the second kind is obtained. As the kernels of the integral equation due to their complexity cannot be solved in a closed form, a numerical procedure is applied, whereby sinks and sources are distributed on the wetted surface of the structure. Thus, potentials and pressures at the centre of each surface element can be calculated. As the next step, the hydrodynamic pressure acting on the pile and the resulting forces and overturning moments are calculated by using the Bernoulli Equation. It is thought that pressure distributions should also be recorded since the forces mentioned above stem from pressure distributions. Pressure distributions show good comparison except the very high wave lengths, and even better comparison was observed as the water depth increases.