1-1- کلیات
 
اقیانوسها و دریاها سرمایه های عظیم جهان هستی بشمار می­آیند و اثرات مهمی بر معیشت مردم، اقتصاد، توریسم و حمل و نقل می­گذارند. دراین محیط های آبی بیکران،
پدیده­های گوناگونی روی می­دهد؛ یکی از آشکارترین این پدیده­ها که پیوندی ناگسستنی با دریاها و اقیانوسها دارد؛ امواج ناشی از باد است. ­شناخت و پیش­ بینی این امواج برای بهره‌برداری صحیح و ایمن از اقیانوس­ها و دریاها امری ضروری است. در تحقیق حاضر این امواج مورد بررسی قرارگرفته­اند و مدلی ریاضی برای شبیه­سازی آنها ارائه­شده­است.
 
 
1-2- معرفی تحقیق حاضر
 
بیش از 75% از کره­ی زمین از آب پوشیده­شده­است. این موضوع خود بیانگر اهمیت شناخت و بررسی پدیده­هایی است که در این بخش وسیع از کره­ی زمین رخ می­دهند. امواج از مهمترین پدیده­های موجود در محیط­های آبی بشمار می­آیند. بنابراین پیش بینی و شبیه­سازی آنها نقش بسزایی در بخدمت گرفتن و کنترل دریاها و اقیانوس­ها دارد. بطور مثال، ساخت سازه­های ساحلی برای ایمنی ساحل و کنترل حریم دریا، طراحی سازه­های فرا ساحلی بمنظور بهره­برداری از نفت و گاز، مطالعات زیست محیطی، طراحی کشتی­ها و حمل و نقل ایمن آنها و انتقال رسوب همگی نیازمند اطلاعاتی دقیق و کامل از امواج آب هستند.

الف) (

(ب)
(ج)

شکل1- 1-تصاویری از تاثیر امواج بر پیرامون
 
دستیابی به اطلاعات امواج و ویژگی­های آنها به­ دو روش­ امکان­پذیر است. روش نخست، تخمین امواج بوسیله­ی ابزارهای اندازه‌گیری، نظیر شناورهای اندازه‌گیری موج[1] یا ماهواره­ها است. و روش دوم مدلسازی امواج است که می­تواند توسط مدل­های ریاضی یا فیزیکی
انجام­پذیرد. ازآنجایی‌ که اندازه‌گیری­هایی که توسط شناورهای اندازه‌گیری موج انجام می­شوند؛ نقطه­ای هستند و تصاویر ماهواره­ای نیز از دقت کافی‌ برخوردار نیستند؛ شبیه­سازی توسط مدل­های ریاضی و فیزیکی اهمیت فراوانی دارد. از سوی دیگر تهیه­ی مدل­های فیزیکی مشکل، و مستلزم صرف زمان و هزینه­ی زیادی می­باشد؛ ازاینروست که با پیشرفت­ کامپیوترها مدل­های ریاضی جایگاه مهمی در شبیه­سازی­ها و مدلسازی­های مسائل مهندسی پیدا کرده­اند. در سالهای اخیر مدل­های عددی برای شبیه­سازی امواج نیز مورد استفاده قرارگرفته­اند.
امواج تحت اثر عوامل گوناگون ایجاد می­شوند. باد، اغتشاشات بستر دریا و نیروی گرانش خورشید و ماه سه عامل اصلی تولید موج­اند. امواج ناشی از باد کوتاه­اند و پریود کوچکتری دارند. درمقابل امواج ناشی از اغتشاشات بستر (سونامی) و امواج ناشی از گرانش (جزرومدی) قرار دارند که در گروه امواج بلند جای می­گیرند. طبقه­بندی امواج و انرژی نظیر هرنوع براساس پریود در شکل (1-2) نشان داده­شده­است.
 
شکل1- 2-طبقه بندی امواج (Reeve و همکاران، 2004)
 
در این پژوهش به بررسی امواج کوتاه ناشی از باد پرداخته­شده­است. پس از ایجاد امواج توسط باد، حرکت آنها آغاز می­شود. در مدت زمان حرکت، امواج از یکدیگر جدا شده و ارتفاعشان کاهش می­یابد اما طول موج و پریودشان حفظ می­شود. به این فرایند جداسازی امواج گفته می­شود. امواجی که در ناحیه­ی تولید قرار دارند، نامنظم، کوتاه و تیز[2] اند (Reeve و همکاران، 2004) اما با دور شدن از این ناحیه فرم تقریبا منظم و کوتاه پیدا می­کنند و در نهایت به امواج دورا تبدیل می­شوند (شکل (1-3)).
شکل 1- 3-پدیده ی جداسازی امواج (Dispersion) (Reeve و همکاران، 2004)
 
در مدلسازی­ امواج کوتاه ناشی از باد، معادلات و قواعد حاکم، می­توانند بسته به شرایط و کاربرد مدل، خطی و یا غیرخطی درنظرگرفته­شوند. بطور مثال فرآیند شکست موج در آبهای عمیق (کلاهک سفید[3]) بصورت محلی شدیدا غیرخطی است. اما بطور متوسط استهلاک انرژی نظیر با آن در مقیاس بزرگ ضعیف است. مثال دیگر سازه­های در معرض امواج هستند. مثلا در اندازه­گیری نیروهای وارد بر یک سازه­ی دریایی، در مواردی می­بایست امواج را غیرخطی مدل کرد. بطورکلی برای مدلسازی امواج خیلی تیز یا امواج در آبهای کم عمق یا در
مقیاس­های کوچک، مدل­های خطی پاسخگو نیستند و می­بایست از مدل­های غیرخطی استفاده کرد (Holthuijsen، 2007). هدف از این تحقیق بررسی و شبیه­سازی امواج غیرخطی است.
تاکنون محققین پژوهش­های بسیاری در زمینه­ مدلسازی امواج غیرخطی ناشی از باد انجام داده­اند تئوری­های اولیه، تئوری­های تحلیلی هستند. اما تئوری­های جدید برمبنای معادلات دیفرانسیل جزئی[4] می­باشند و حل آنها با روش­های عددی میسر است (Holthuijsen، 2007)). روش­های المان محدود[5] و تفاضل محدود[6] روش­هایی هستند که در این زمینه مورد استفاده قرارگرفته­اند. بعنوان مثال Mei (1978) از روش المان محدود و Chan و Street (1970) از تفاضل محدود استفاده کردند. یکی از پرکاربردترین روش­ها در حل معادلات غیرخطی موج، روش المان مرزی[7] است که توسط محققین زیادی مانند Cokelet و Longuet-Higgings (1976) بکارگرفته­شده­است. روش­های ذکر شده نیازمند شبکه­بندی دامنه­ی محاسباتی هستند. این شبکه­بندی باید مطابق با معیارهای خاص انجام گیرد. چراکه شکل و نحوه­ی اتصال المان­ها که کیفیت شبکه را کنترل می­نمایند؛ دقت نتایج را مستقیما تحت تاثیر قرار می­دهند. ضمن اینكه در بیشتر مسائل به دلیل انحراف المان­ها میبایست شبكه­بندی در همه­ی گام­های زمانی و یا برخی از آنها مجدداً انجام شود و این شبكه­بندی­هاخود به­اندازه­ی شبكه­ی اولیه هزینه­بر و زمانبر هستند. به همین دلیل روشهای عددی بدون شبكه[8] در مدلسازی امواج غیرخطی نیز مانند سایر زمینه­های مهندسی مورد توجه قرارگرفتند. یکی از روش­های عددی بدون شبکه­ای که در سال­های اخیر مورد استفاده محققین قرارگرفته، روش RBF-DQ است. که در آن برای تخمین مشتق از روش DQ بهره­گرفته می­شود. به­کمک روش متکی بر شبکه­ی[9]­ DQ می­توان باوجود گره­های اندک در دامنه به نتایج خوبی دست­یافت. ولی نمی­توان این متد را در دامنه­های نامنظم بکارگرفت (Hashemi و Hatam، 2011)؛ چراکه مشتق تابع بوسیله­ی DQ در هر راستا بصورت مجموع خطی وزن­دار مقادیر تابع در همان راستا بیان می­شود و در دامنه­های نامنظم امکان فراهم کردن گره­های منظم در یک راستای خاص مقدور نیست. اما با استفاده از توابع پایه­ی شعاعی[10] بعنوان تابع شکل در DQ می­توان از این مشکل اجتناب کرد. ضمن آنکه بکارگیری توابع شعاعی در روش DQ آنرا به یک متد بدون شبکه تبدیل خواهد کرد که معایب ذکر شده روش­های متکی بر شبکه را ندارد.
از میان انواع مختلف توابع شعاعی، در این تحقیق بدلیل عملکرد خوب تابع MQ از این نوع تابع در حل مسائل استفاده­شده­است. این تابع دارای پارامتری بنام پارامتر شکل[11] است که دقت نتایج را تاحد زیادی تحت تاثیر قرار می­دهد. تاکنون پژوهش­های فراوانی برای محاسبه­ی مقدار بهینه­ی این پارامتر ارائه­شده­اند. اما هیچ­یک روشی تئوری و جامع ارائه نداده­اند. بهمین دلیل تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد.
[1] Wave bouy
[2] Steep
[3] White capping
[4] Partial differential equations
[5] Finite element
[6] Finite difference
[7] Boundary element
[8] Mesh-less
[9] Mesh-based
[10] Radial basis functions
[11] Shape parameter
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود است