Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Water waves interacting with arbitrary shear currents in 3 dimensions

Alternativ tittel: Vekselvirkninger mellom vannbølger og vilkårlig skjærstrøm i 3 dimensjoner

Tildelt: kr 6,9 mill.

Når både strøm og bølger er tilstede samtidig nær vannoverflaten, kan de to ikke betraktes hver for seg, fordi de kan yte sterk påvirkning på hverandre. Dette er svært ofte tilfelle: for eksempel setter vinden havoverflaten i bevegelse, og tidevann lager sterke strømmer nær kysten. Samspillet mellom bølger og strøm er også viktig når varmere og kaldere vann blandes under havoverflaten, en helt sentral prosess i klimautviklingen. Maritim teknologi i kystnære områder må også designes for å tåle eller utnytte kreftene fra strøm og bølger, enten det er snakk om fartøy eller konstruksjoner som for eksempel nye konsepter for lakseoppdrettsanlegg. Prosjektet søker å utvide vår forståelse av hvordan vannbølger påvirkes av en strømning hvis hastighet varierer med dybden under overflaten; en skjærstrømning. Problemet er i seg selv gammelt, men vår forståelse av hvordan bølger oppfører seg oppå en skjærstrømning er likevel temmelig begrensa, og kommer nesten utelukkende fra enkle, todimensjonale modeller som kun betrakter bølger som beveger seg nøyaktig langs eller mot strømretningen. Virkelige situasjoner er naturligvis tredimensjonale. Prosjektlederen gjorde nylig framskritt mot å lage teori for virkelige, tredimensjonale bølger på en skjærstrømning, og prosjektet vil bygge videre på denne suksessen. Vi vil utvikle teori og metoder for å forutse bølgebevegelser i vekselvirkning med en skjærstrømning av en hvilken som helst form, effektene disse har for kystnær skipsfart og forståelsen av vannbevegelser, næringsstoffer og energitransport.

Potensielle virkninger er mange. Vi har vist teoretisk at drivstofforbruket til et skip under visse realistiske forhold (f.eks i elvedeltaer) kan avvike mye fra prediksjoner med standard teori. Teorien er testet i laboratoriet der effektene som er forutsett ble observert for første gang. Dermed har vi vist at skjærstrømning er viktig for bølgekrefter i kystsonen, som bør endre analyse og praksis i sektoren. De numeriske metodene som ble utviklet har bred anvendelse, og det forventes at metoder tas inn i operasjonelle hav- og bølgemodeller. Spesielt har prosjektet utviklet "Rolls Royce-en" innen numerisk beregning av bølgedispersjon på vilkårlige strømninger. Prosjektet har herigjennom bidratt til en ny og sterkt forbedret metode for å måle strømning under overflaten ved å se på bølgemønstre ovenfra. Måling av strømning med fly eller droner har store fordeler sammenlignet med dagens metoder, som er langsomme og måler et enkelt punkt der den nye metoden dekker et helt område.

Water waves and currents are primary factors in a vast array of applications in the maritime field, such as shipping, coastline management, aquaculture and offshore structures to name a few. Crucially, the interaction between waves and currents is important, and is believed to be a key reason for the development of dangerous rogue (or giant/freak) waves. Nevertheless, wave-current interactions remain relatively unexplored for currents with a velocity variation in the vertical direction (so-called shear currents), for which virtually all our knowledge is from two-dimensional models. The first progress for the 3D system of a vertically sheared current meeting a wave at an arbitrary angle (which is the realistic scenario) was made recently by the project manager (Ellingsen 2014a) when it was realised that a solution to the equations of motion exists for a wave of low steepness when the current varies linearly with depth. This new theory provides an opportunity for a theory which allows the understanding of waves on general shear currents actually encountered in applications, because it enables analytical treatment by approximating the actual current profile with a number of linear sections. Already for the simplest case, important 3D effects have been observed (Ellingsen 2014a), and at present no theory exists for the general 3D problem, making this research an important and somewhat pioneering enterprise. The project also seeks to extend the work to second order in wave steepness in order to study the onset of non-linearity, with application to rogue waves. Wave current interactions are seen as a key factor in the formation of highly destructive giant ocean waves (Kharif & Pelinovsky 2003), and identifying conditions of increased rogue wave probability is crucial safety concern, a problem which was recently demonstrated to be significantly affected by the shear of the velocity profile (Nwogu 2009).

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek