Bài viết này xây dựng mô hình số để nghiên cứu hiệu suất thủy động lực học của kết cấu đê chắn sóng rỗng dựa trên công cụ mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD). Mô hình số sẽ được ứng dụng để phân tích hiệu quả giảm sóng và mức độ tiêu tán năng lượng sóng của đê chắn sóng kết cấu rỗng với nhiều dạng sóng khác nhau. Kết quả mô phỏng sẽ là cơ sở cho việc tính toán thiết kế và ứng dụng loại kết cấu đê này vào thực tế
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC nNgày nhận bài: 26/02/2021 nNgày sửa bài: 18/03/2021 nNgày chấp nhận đăng: 12/04/2021 Nghiên cứu hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng rỗng phương pháp mô số Studying the wave reduction efficiency of hollow breakwater using numerical simulation method > TRẦN VĂN TIẾNG 1, NGUYỄN VIỆT KHÁNH 1*, NGUYỄN PHƯƠNG DUNG Khoa Xây dựng, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Điện thoại: 0906 792 527 Email: tiengtv@hcmute.edu.vn Khoa cơng trình, Đại học Thủy Lợi Hà Nội tiengtv@hcmute.edu.vn, nguyenvietkhanh1797@gmail.com TĨM TẮT Hiện nay, việc phân tích, đánh giá hiệu giảm sóng loại đê có kết cấu đặc biệt dạng hình học phức tạp thường thực thí nghiệm mơ hình thí nghiệm vật lý quan trắc cơng trình sau xây dựng Tuy nhiên việc thực mơ hình vật lý phức tạp, tốn thời gian lẫn chi phí cần số lượng mơ hình thí nghiệm lớn Bài báo xây dựng mơ hình số để nghiên cứu hiệu suất thủy động lực học kết cấu đê chắn sóng rỗng dựa công cụ mô động lực học chất lỏng (CFD) Mơ hình số ứng dụng để phân tích hiệu giảm sóng mức độ tiêu tán lượng sóng đê chắn sóng kết cấu rỗng với nhiều dạng sóng khác Kết mơ sở cho việc tính tốn thiết kế ứng dụng loại kết cấu đê vào thực tế Từ khóa: Động lực học chất lỏng (CFD), Hiệu giảm sóng, Tiêu tán lượng sóng, Đê chắn sóng rỗng, Mơ số ABSTRACT Currently, the analysis and evaluation of the wave reduction efficiency of breakwater with special structures and complex geometries are often done by experiments on physical models or monitoring at the project after construction However, the implementation of these physical models is very complicated, time consuming and costly and requires a large number of experimental models This paper builds a numerical model to study the hydrodynamic efficiency of the hollow breakwater based on the liquid dynamics (CFD) simulation tool The numerical model will be used to analyze the wave reduction efficiency and wave energy dissipation of the hollow structural breakwaters with different waves type The simulation results will be the basis for the design calculation and application of this type of dike structure in practice Keywords: Computational fluid dynamics (CFD), Wave reduction efficiency, Wave energy dissipation, Hollow breakwater, Numerical simulation Giới thiệu Việt Nam quốc gia chịu ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu nước biển dâng, tượng xói mịn xâm nhập mặn Hệ thống cơng trình bảo vệ bờ biển khu vực Đồng Bằng Sơng Cửu Long có đến 54.9 % cơng trình giảm sóng xa bờ [1] hàng rào tre, đê giảm sóng geotube đê giảm sóng dạng rỗng (cọc ly tâm, đê trụ rỗng, đê giảm sóng BUSADCO) Tuy nhiên tính bền vững tuổi thọ loại đê tương đối thấp, giải pháp đê chắn sóng bê tơng có kết cấu rỗng khắc 68 04.2021 ISSN 2734-9888 phục nhiều khuyết điểm loại đê chắn sóng truyền thống trước hiệu giảm sóng, tính ổn định, công nghệ thi công Việc đánh giá hiệu suất thủy động lực học loại đê chắn sóng rỗng thường thực thí nghiệm mơ hình vật lý thực nghiệm, nhiên để thực thí nghiệm cần số lượng lớn mơ hình vật lý việc thực mơ hình vật lý phức tạp tốn Để tăng khả tính tốn phân tích khả giảm sóng đê chắn sóng kết cấu rỗng, mơ hình số dựa phương pháp tính toán động lực học chất lỏng xây dựng nghiên cứu này, mơ hình số thực tảng phần mềm FLOW-3D [2] Hiệu giảm sóng mơ hình mơ số so sánh với hiệu giảm sóng thực nghiệm thực BUSADCO ĐBSCL [3] Bên cạnh đó, yếu tố ảnh hưởng đến hiệu giảm sóng tính kinh tế đê giảm sóng như: ảnh hưởng chu kỳ sóng Tp (s) , độ ngập thân đê d (m), Chiều cao không lưu đỉnh đê Rc (m) tỷ số Rc/Hs,i phân tích thơng qua mơ hình số Hiệu làm việc cấu kiện đê chắn sóng kết cấu rỗng nghiên cứu nhà khoa học giới, đó: Hee Min The Vengatesan Venugopal [4] nghiên cứu thí nghiệm thực nghiệm mơ hình kết cấu đê chắn sóng hình bán nguyệt rỗng với tỷ lệ phần trăm lỗ rỗng thân đê khác nhau, nghiên cứu cho thấy đê chắn sóng bán nguyệt hoạt động rào cản giúp giảm thiểu lượng sóng phản xạ bảo vệ sở hạ tầng ven biển G Dhinakaran cộng [5] thực thí nghiệm thực nghiệm xác định ảnh hưởng chiều cao bố trí đê chắn sóng tỷ lệ lỗ rỗng thân kết cấu đê chắn sóng hình bán nguyệt, nghiên cứu thực với kết cấu đê chắn sóng hình bán nguyệt khơng đục lỗ, kết cấu đê bán nguyệt đục lỗ mặt với tỷ lệ lỗ rỗng khác K Gunaydin M.S Kabdash [6] sử dụng máng tạo sóng thí nghiệm khả tiêu tán lượng sóng lên kết cấu đê chắn sóng chữ U đặc có đục lỗ Nghiên cứu đánh giá đặc trưng tính truyền sóng tiêu tán lượng qua hai hệ số truyền sóng hệ số tiêu tán lượng Kết cho thấy khả tiêu tán lượng kết cấu tường chữ U cao kết cấu tường đặc loại Ana Gomes cộng [7] đề xuất phương pháp sử dụng mô số động lực học chất lỏng (CFD) nghiên cứu ổn định kết cấu đê chắn sóng trụ rỗng đặt đổ đá Nghiên cứu phức tạp mơ hình vật lý thí nghiệm thực nghiệm sóng có chi phí thời gian chuẩn bị lâu cần thời gian thí nghiệm dài, từ tác giả đề xuất mơ hình tốn phương pháp mơ số so sánh kết với kết thực nghiệm Karim Badr Husein M.I Ibrahim [8] nghiên cứu khảo sát khả tiêu tán lượng sóng tường đơi có đục lỗ khơng đục lỗ kết hợp mô số thực nghiệm Nguyễn Hải Hà cộng [9] nghiên cứu khả tiêu tán lượng sóng đê chắn sóng hình trụ rỗng bảo vệ bờ biển phía tây Cà Mau Việt Nam Thiều Quang Tuấn cộng [10] với đề tài với đề tài “Nghiên cứu hiệu giảm sóng đê kết cấu rỗng mơ hình máng sóng” cho thấy q trình truyền sóng qua đê giảm sóng kết cấu rỗng bị ảnh hưởng hai yếu tố quan trọng chiều cao không tương đối đỉnh đê Rc/Hm0 số sóng vỡ mái cơng trình Lý thuyết phương pháp mô FLOW-3D phần mềm hỗ trợ mơ tốn động lực học chất lỏng tính tốn CFD (Computarional fluid dynamics) Tương tự phần mềm mô CFD khác, FLOW 3D sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) lấy phương trình hệ phương trình Navier – Stokes làm phương trình chủ đạo kết hợp phương pháp thể tích chất lỏng VOF, phù hợp cho mơ hình dịng chảy có bề mặt thống 2.1 Phương trình Navier - Stokes Các mơ số thực dựa phương trình NavierStokes [11], sử dụng để mô tả chuyển động chất lỏng, giả sử chất lỏng khơng thể nén được; phương trình mơ sau: u v w x y z u i u p u i uj i v x i t x j x j x j (2) Trong đó: u, v w thành phần vận tốc theo trục x, y, z , khối lượng, độ nhớt chất lỏng, áp ực, g gia tốc trọng trường, t thời gian Trong thực tế, dòng chảy tác dụng lên cơng trình thủy lợi hầu hết dịng chảy rối, đặc biệt dịng chảy sóng Để giải hệ phương trình Navier – Stoke hệ (1) (2) mơ hình dịng chảy rối phát triển để mơ tả thành phần ứng suất rối Reynolds Mô hình dịng chảy rối RANS sử dụng phổ biết mơ hình dịng chảy rối hai phương trình K 2.2 Mơ hình dịng chảy rối Mơ hình chảy rối phương trình đối lưu dùng để mơ tả tính chảy rối dịng chảy Thơng thường biến đối lưu động chảy rối K, biến đối lưu thứ hai phụ thuộc vào kiểu mơ hình hai phương trình Lựa chọn phổ biến mức độ tiêu tán lượng rối t C k2 (3) Phương trình K: v t k k u i k u i v u 'i u ' j t x i x i x j x i (4) Phương trình : k u i k t x i x i v t k u i 2 (5) C 2 v C 1 u 'i u ' j x j k k x i C 0.09; k 1.0; 1.3; C1 1.44; C 2 1.92 Trong đó: Mơ hình RNG (Re-Normalisation Group) mơ hình dịng chảy rối sử dụng phương trình tương tự phương trình cho mơ hình K - Tuy nhiên, số tìm thấy theo kinh nghiệm mơ hình tiêu chuẩn dẫn xuất rõ ràng mơ hình RNG Nhìn chung, mơ hình RNG có khả ứng dụng rộng rãi so với mơ hình K - Đặc biệt, mơ hình RNG khuyến khích sử dụng FLOW-3D có độ xác cao mơ tả tốt mơ hình dịng chảy rối khác nhau, mơ hình sử dụng mô 2.3 Phương pháp thể tích chất lỏng (VOF) Dịng chảy sóng thực tế dịng chảy đa pha gồm pha lỏng phí khí, để mơ tả dịng chảy người ta sử dụng phương pháp thể tích chất lỏng VOF Phương pháp thể tích chất lỏng kỹ thuật mơ bề mặt chất lỏng tự công bố lần đầu Hirt Nichols [12] , kỹ thuật sử dụng phương pháp Eulerian đa pha (Multiphase), mơ hình có hai pha khơng đồng (inhomogenerous) đồng (homogenerous) Phương pháp xác định phần khối lượng pha (khí nước) tồn cấu trúc, phương trình tn theo định luật bảo tồn khối lượng [13] (6) V t Bề mặt tiếp xúc pha nước pha khí xác định theo hệ số phần thể tích: (7) 0 (1) ISSN 2734-9888 04.2021 69 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC sóng Stokes [17] để khảo sát hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng đặt vùng nước nơng Hình Bề mặt tiếp xúc pha nước pha khí [13] Trong đó: V véc tơ đại diện cho phần khối lượng nước, mật độ khối lượng hỗn hợp tính tốn dựa phần khối lượng sau: p w (1 ) (8) v w (1 )v đó: w mật độ khơng khí nước v v w độ nhớt động học khơng khí nước Khối lượng thể tích xác định theo công thức sau: (u i ) (1 )u ir (9) t x i x i Trong đó: u ir biểu thị vận tốc tương đối khơng khí nước khu vực giao thoa Tác dụng sức căng bề mặt không đáng kể 2.4 Lý thuyết sóng Nghiên cứu khảo sát khả giảm sóng tiêu tán lượng sóng lý thuyết sóng thơng dụng hỗ trợ phần mềm FLOW-3D Dựa vào vùng áp dụng lý thuyết sóng (hình 2), tiến hành chọn loại sóng phù hợp với vùng nước nơng như: sóng Cnoidal [14], lý thuyết sóng Solitary [15], lý thuyết sóng tuyến tính [16] Hình Vùng áp dụng loại lý thuyết sóng [15] 2.5 Hệ số truyền sóng Mức độ giảm sóng đánh giá dựa thay đổi chiều cao sóng trước sau qua thân đê,và đánh giá trực tiếp qua qua hệ số truyền sóng Kt Kt H s ,i H t ,i 100% Trong : Hs,i (m) chiều cao sóng tới Ht,i (m) chiều cao sóng truyền Thiết lập mơ 3.1 Trình tự mơ Hình Lưu đồ trình tự thực mơ phần mềm FLOW-3D 70 04.2021 ISSN 2734-9888 (10) 3.2 Mô hình mơ Kích thước đê chắn sóng sử dụng theo thiết kế đê chắn sóng BUSADCO [3] Một mơ hình máng sóng số mơ theo tỷ lệ 1:1 so với thực tế với kích thước biên mô theo phương x,y,z 56x1.5x6 (m), kích thước module đê chắn sóng có bề rộng 1.5 (m), chiều cao (m) dài 4.1 (m) Hình Mơ hình mơ số 3.3 Điều kiện biên chia lưới mô Hình Các điều kiện biên phân chia lưới mơ hình mơ Các điều kiện biên phù hợp với toán gán biên giới hạn mơ hình mơ (hình 5) thống kê cụ thể theo (Bảng 1) Bảng Điều kiện biên mơ hình mơ Vị trí ranh giới Điều kiện biên Xmin Symmetry (S) Xmax Symmetry (S) Ymin Waves (WG) Wave Absorber (O) Ymax Wall (W) Zmin Zmax Symmetry (S) Dựa vào đặc trưng toán kích thước lưới phù hợp với mơ hình mơ phỏng, khối lưới áp dụng cho toàn miền tính tốn Khối lưới 1, sử dụng cho khu vực khơng có đê có kích thước x =y=z =0.12 với số lượng ô lưới 1522221 ô 57358 Khối lưới khu vực đê chắn sóng có kích thước lưới x =y=z=0.03 (m) với 1507215 ô lưới Tổng số khối lưới mô hình mô 8598362 ô lưới 3.4 Kịch mô Kịch mô xây dựng theo bốn bài toán khảo sát nghiên cứu sau: Bảng Kịch khảo sát ảnh hưởng kích thước lưới đến kết mô S i t Khối Kịch Số ô lưới lưới (m) (h) (Gb) 01 0.1 4428581 BWS-Me01 72 39.43 02 0.02 4033026 BWS-Me02 BWS-Me03 BWS-Me04 BWS-Me05 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 01 02 03 0.1 0.12 0.03 0.12 0.12 0.04 0.12 0.15 0.05 0.15 0.18 0.06 0.18 136755 1522221 1507215 57358 810469 802325 31750 248139 244669 11712 248139 244669 11712 Bảng Kịch so sánh mô với thực nghiệm d Rc Hs,i Tp Tên (m) (m) (m) (s) CN-TN01 2.8 1.2 4.78 CN-TN02 2.8 1.2 0.9 4.78 CN-TN03 2.8 1.2 0.8 4.78 CN-TN04 2.8 1.2 0.7 4.78 CN-TN05 2.8 1.2 0.7 LN-TN06 2.8 1.2 4.78 LN-TN07 2.8 1.2 0.9 4.78 LN-TN08 2.8 1.2 0.8 4.78 LN-TN09 2.8 1.2 0.7 4.78 ISSN 2734-9888 12 13 Rc/Hs,i (-) 1.11 1.25 1.43 1.43 1.11 1.25 1.43 04.2021 BC (-) Cnoidal Cnoidal Cnoidal Cnoidal Solitary Cnoidal Cnoidal Cnoidal Cnoidal 71 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình Chiều cao sóng đầu đo WG 01 (trước đê 15m) ứng với kích thước lưới khác Kết chiều cao sóng đầu đo WG 01 (hình 19) bố trí trước đê 15m cho thấy kết chiều cao sóng ứng với kịch khác có chênh lệch khơng lớn thay đổi kích thước lưới Sự chênh lệch chiều cao sóng 3.25% ứng với trường hợp kích thước (mesh size = 0.02) (mesh size = 0.06).Khi thay đổi lưới mịn, ta thấy đường thể chiều cao sóng có phần gấp khúc cong nhiều so với đường lại thể độ mịn lưới phản ánh xác chuyển động nước z w (m) Độ ngập thân đê d (m) chiều cao không lưu đỉnh đê thay đổi ứng với trường hợp đê đê chìm (Hình 6) để khảo sát ảnh hưởng chúng hệ số truyền sóng Kt z w (m) Bảng Kịch khảo sát ảnh hưởng chu kỳ sóng đến hiệu giảm sóng d Rc Hs,i Tp Rc/Hs,i BC Tên (m) (m) (m) (s) (-) (-) 09-TP1 0.9 4.78 1.11 Linear 09-TP2 0.9 3.78 1.11 Linear 09-TP3 0.9 2.78 1.11 Linear 08-TP1 0.8 4.78 1.25 Linear 08-TP2 0.8 3.78 1.25 Linear 08-TP3 0.8 2.78 1.25 Linear 07-TP1 0.7 4.78 1.43 Linear 07-TP2 0.7 3.78 1.43 Linear 07-TP3 0.7 2.78 1.43 Linear 07-TP1 0.6 4.78 1.67 Linear 07-TP2 0.6 3.78 1.67 Linear 07-TP3 0.6 2.78 1.67 Linear Hình Các trường hợp độ ngập thân đê chiều cao không lưu đỉnh đê khác Bảng Kịch khảo sát ảnh hưởng độ ngập thân đê đến hiệu giảm sóng d Rc Hs,i Tp BC Tên (m) (m) (m) (s) (-) RC20-H1~5 2 0.6~1 3.78 Linear RC25-H1~5 2.5 1.5 0.6~1 3.78 Linear RC27-H1~5 2.7 1.3 0.6~1 3.78 Linear RC30-H1~5 0.6~1 3.78 Linear RC35-H1~5 3.5 0.5 0.6~1 3.78 Linear RC40-H1~5 0.6~1 3.78 Linear RC45-H1~5 4.5 -0.5 0.6~1 3.78 Linear Kết tính tốn 4.1 Ảnh hưởng kích thước lưới mesh 72 04.2021 ISSN 2734-9888 Hình Chiều cao sóng đầu đo WG 02 (sau đê 15m) ứng với kích thước lưới khác Kết chiều cao sóng truyền đầu đo WG 02 (hình 8) sau thân đê 15m cho thấy kết chiều cao sóng ứng với kịch khác có khác biệt rõ rệt Sự chênh lệch chiều cao sóng lớn 15% ứng với trường hợp kích thước lưới mesh (mesh size = 0.02 mesh size = 0.04) Điều cho thấy kích thước lưới mesh ảnh hưởng lớn tới kết truyền sóng sau thân đê, đặc biệt kết cấu đê rỗng chia lưới tính tốn mịn, hệ số truyền sóng có xu hướng giảm mô tả ứng xử thực tế đê chắn sóng Dựa vào kết khảo sát, chọn kích thước lưới x =y=z=0.03m cho toán nghiên cứu để đem lại hiệu tính tốn tin cậy tiết kiệm dung lượng 4.2 Hiệu giảm sóng tiêu tán lượng sóng Hiệu giảm sóng đánh giá trực tiếp qua thay đổi chiều cao sóng trước sau đê chắn sóng Có thể đánh giá dạng trực quan quan sát bề mặt chất lỏng tự dạng biểu đồ đo sóng đầu đo Free water elevation (m) Hình 10 Biểu đồ chiều cao sóng đầu đo WG 01 WG02 trường hợp sóng Linear Free water elevation (m) Hình Chiều cao sóng thay đổi trước sau qua thân đê trường hợp sóng Linear Hình 14 Biểu đồ chiều cao sóng đầu đo WG 01 WG02 trường hợp sóng Solitary Hình biểu đồ hình 10 cho thấy đặc trưng sóng Linear có đỉnh bụng nhọn Chiều cao sóng có xu hướng giảm dần xuất sóng phản xạ sóng tương tác với kết cấu đê Quan sát hình 11 biểu đồ hình 12, cho thấy đặc trưng sóng cnoidal có đỉnh bụng sóng bằng, phù hợp với dạng sóng đổ vùng nước nơng gần bờ Hình 13 biểu đồ hình 14 cho thấy biểu đồ sóng Solitary có đỉnh sóng nhất, khơng có chu kỳ sóng tần số Dựa vào biểu đồ hình 10, hình 12 hình 14 cho thấy kết trực quan chiều cao sóng sóng áp lực giảm rõ rệt qua thân đê cho thấy hiệu giảm sóng rõ rệt kết cấu đê 4.3 Mức độ tiêu tán lượng sóng Free water elevation (m) Hình 11 Chiều cao sóng trước sau đê trường hợp sóng Cnoidal Hình 15 Năng lượng dịng chảy rối (TKE) sóng trước sau thân đê Hình 15 thể rõ phân bố lượng chảy rối sinh mặt nước gợn sóng, phần lượng chảy rối tập trung lớn phần đỉnh sóng, lượng chảy rối giảm qua thân đê Hình 12 Biểu đồ chiều cao sóng đầu đo WG 01 WG02 trường hợp sóng Cnoidal Hình 13 Chiều cao sóng trước sau đê trường hợp sóng trường hợp sóng Solitary Hình 16 Tiêu tán lượng hỗn loạn sóng trước sau qua thân đê ISSN 2734-9888 04.2021 73 NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Hình 16 thể tiêu tán lượng dòng chảy rối vị trí sóng tiếp xúc qua thân đê, phần lượng sóng lớn phần đỉnh sóng với giá trị lớn 0.15 (J/kg), tiếp xúc với bề mặt thân đê, phần rối qua lỗ rỗng thân đề tiêu tán thân đê, thấy lượng rối sóng hầu hết tiêu tán cịn phía thân đê 4.4 So sánh kết mơ thực nghiệm Bảng Bảng so sánh hệ số truyền sóng mơ thực nghiệm Kt d Rc Rc/Hs,i (m) (m) (m) CFD Exp (%) CN-TN01 1.00 0.44 0.40 9.43 CN-TN02 1.11 0.44 0.39 11.98 CN-TN03 1.25 0.41 0.38 8.78 CN-TN04 1.43 0.43 0.43 0.77 CN-TN05 1.43 0.37 0.43 12.68 LN-TN06 1.00 0.43 0.40 6.70 LN-TN07 1.11 0.42 0.39 8.81 LN-TN08 1.25 0.38 0.38 1.18 LN-TN09 1.43 0.44 0.43 1.90 Kịch 0.50 Kt Kt 0.40 0.30 0.20 0.90 Hs,i (m) CFD-Cnoidal Exp 0.80 0.70 CFD-Linear Hình 17 Hệ số truyền sóng mơ thực nghiệm Bảng biểu đồ hình 17 cho thấy chênh lệch kết hệ số truyền sóng thực nghiệm mơ tương đối nhỏ, độ chênh lệch lớn kịch SL-TN-05, Kt =12.68 % Điều cho thấy độ tin cậy mơ hình mơ tốn tương tác chất lỏng kết cấu Hệ số truyền sóng cho thấy hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng tốt, lớn 50% tất kịch sóng Ảnh hưởng chu kỳ sóng đến hệ số truyền sóng Kt Hs = 0.9 (m) Hs = 0.8 (m) Hs = 0.7 (m) Hs = 0.6 (m) 0.5 -0.5 2.5 Hệ số truyền sóng mơ thực nghiệm 1.00 Biểu đồ thể hình 18 cho thấy tỷ số Rc/Hs,i nhỏ, tức chiều cao sóng lớn độ chênh lệch kết mô thực nghiệm lớn Chênh lệch lớn 12.68 % tượng sóng vỡ tràn qua thân đê 4.5 Ảnh hưởng chu kỳ đến hiệu giảm sóng Chu kỳ sóng Tp (s) yếu tố định đến cường độ, tần suất sóng tác dụng vào kết cấu ảnh hưởng trực tiếp tới hệ số truyền sóng khả giảm sóng kết cấu đê 3.5 T p (s) 4.5 Hình 19 Ảnh hưởng chu kỳ sóng hệ số truyền sóng Kt Hệ số truyền sóng giảm chu kỳ sóng giảm, tức độ dài sóng nhỏ dần hệ số truyền sóng giảm dần (hình 19) Tuy nhiên, trường hợp chiều cao sóng giảm dần trường hợp Hs = 0.6 (m) Hs = 0.7 (m), hệ số giảm sóng có xu hướng giảm chu kỳ Tp=4.78 (s) chu kỳ Tp=3.78 (s) có dấu hiệu tăng hệ số giảm sóng (tức hiệu giảm sóng giảm) chu kỳ Tp=2.78 (s) Điều thể chiều dài sóng ngắn tần suất tác dụng đê liên tục, sóng phản xạ sóng trước chưa hồn tồn qua lỗ rỗng thân đê, phần sóng phản xạ lại khiến hiệu giảm sóng cấu kiện bị giảm Từ cần khảo sát đánh giá chu kỳ chiều cao sóng vị trí bố trí cơng trình, đê chắn sóng có hiệu giảm sóng tốt khoảng chu kỳ sóng từ đến giây 4.6 Ảnh hưởng độ ngập thân đê d tỷ số Rc/Hs,i Kt Biểu đồ quan hệ Rc/Hs,i Kt thực nghiệm mô K t (-) 0.58 0.54 0.50 0.46 0.42 0.38 0.34 0.30 0.90 1.10 CFD-Cnoidal 1.30 Rc/Hs,i Exp 1.50 CFD-Linear Hình 18 Biểu đồ mối quan hệ tỷ số Rc/Hs,i hệ số truyền sóng Kt 74 04.2021 ISSN 2734-9888 Hình 20 Biểu đồ mối quan hệ hệ số truyền sóng Kt tỷ số Rc/Hs,i ứng với độ ngập thân đê khác Biểu đồ hình 18 cho thấy hệ số truyền sóng bị ảnh hưởng độ ngập thân đê Đối với trường hợp đê chìm Rc= -0.5 (m) mặt nước Rc = 0.0 (m) có hệ số truyền sóng tương đối lớn, Kt có giá trị từ 0.55 đến 0.7, hiệu giảm sóng nhỏ 50% Các trường hợp đê chìm Rc > +0.000 cho thấy hiệu giảm sóng cao so với bố trí Đối với trường hợp Rc = có hệ số giảm sóng nhỏ nhất, nhiên trường hợp độ ngập thân đê q nhỏ sóng khơng tràn hết thân đê, từ đánh giá phương án bố trí khơng kinh tế Hiệu giảm sóng tốt chiều cao đỉnh đê Rc = -1.5 (m) ứng với độ ngập d = 2.5~3 (m) đem lại hiệu giảm sóng tốt nhất, Kt = 0.4 - 0.5, ứng với hiệu giảm sóng 50% Dựa vào tỷ số (Rc / Hs, i) cho thấy tỷ số (Rc/Hs,i) khoảng từ 1.5 đến 2.5 đem lại hiệu giảm sóng tốt nhất, điều cho thấy đê chắn sóng làm việc hiệu sóng truyền tồn qua thân đê không tràn qua đỉnh đê, chiều cao sóng lớn thân đê (Rc/Hs,i) < hiệu giảm sóng giảm rõ rệt Kết luận Hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng cốt phi kim BUSADCO hiệu suất giảm sóng lớn 50% ứng với hệ số truyền sóng Kt < 0.5 Dựa vào kết khảo sát so sánh kết mô số liệu đo thực tế cho thấy phương pháp mô số đem lại kết tốt đáng tin cậy vấn đề phân tích hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng rỗng có kết cấu phức tạp vấn đề toán động học chất lỏng khác Qua khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến hiệu giảm sóng cho thấy: Độ ngập thân đê d (m) tỷ số Rc/Hs,I ảnh hưởng lớn đến hiệu giảm sóng đê, đặc biệt kết cấu đê chắn sóng rỗng Chiều cao khơng lưu đỉnh đê Rc > ứng với trường hợp đê đem lại hiệu giảm sóng tốt so với đê chìm Tỷ số Rc/Hs,i phản ánh khả làm việc kết cấu đê sóng tiêu tán tồn thân đê sóng tràn qua thân đê [9] Hai Ha Nguyen, Van Thai Tran, Duc Hung Pham, Duy Ngoc Nguyen, and Thanh Tam Nguyen, “Hollow Cylinder Breakwater for Dissipation of Wave Energy to Protect the West Coast of Ca Mau Province in Vietnam,” Proceedings of the 1st Vietnam Symposium on Advances in Offshore Engineering,vol 18, pp 599-605, 2019 [10] Thiều Quang Tuấn, Đinh Công Sản, Lê Xuân Tú, Đỗ Văn Dương, “Nghiên cứu hiệu giảm sóng đê kết cấu rỗng mơ hình máng sóng,” Tạp chí khoa học cơng nghệ Thủy Lợi, số 49, pp 1-8, 2018 [11] Doug McLEAN, Understanding Aerodynamics Arguing from the Real Physics, 2012 [12] C W HIRT AND B D NICHOLS, “Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundaries,” JOURNAL OF COMPUTATIONAL PHYSICS,vol 39, pp 2201-225, 1981 [13] Bùi Phạm Đức Tường, Phan Đức Huynh, Nguyễn Đăng Khôi, Nguyễn Thái Dương, “Điều khiển dao động kết cấu hệ bể chứa chất lỏng đa tần,” Hội nghị kỹ thuật toàn quốc , Hà Nội, 2019 [14] Korteweg, D.J and G de Vries, “On the Change of Form of Long Waves Advancing in a Rectangular Canal and on a New Type of Long Stationary,” Phil Mag., Ser, vol 39, pp 422-443, 1895 [15] J Kamphuis, Introduction To Coastal Engineering And Management, vol 16, Queen's University: Advanced Series on Ocean Engineering, 2000 [16] Cauchy, Augustin L., “ Mémoire sur les intégrales définies,” Oeuvres complètes Ser.,vol 1, pp 319-506, 1814 [17] Stoke, G.G, “On the Theory of Oscillatory Wave,” Mathematical and Physical Papers, vol 1, pp 314-326, 1847 [18] Lê Xuân Tú, Đỗ Văn Dương, “Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến q trình truyền sóng đê giảm sóng kết cấu rỗng mơ hình máng sóng,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy Lợi, số 57, pp 103-109, 2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Xuân Tú, Đỗ Văn Dương, “Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến trình truyền sóng đê giảm sóng kết cấu rỗng mơ hình máng sóng,” Tạp chí Khoa học Công nghệ Thủy Lợi, số 57, pp 103-109, 2019 [2] “Https://www.flow3d.com/,” FLOW Science, 2020-2021 [3] Công ty cổ phần Khoa học Công Nghệ Việt Nam, “Báo cáo tổng hợp: Ứng dụng giải pháp bê tông cốt phi kim nhằm tăng cường tính bền vững cho cơng trình kè chắn sóng ven biển khu vực đồng sơng Cửu Long tác dụng biến đổi khí hậu,” Bà Rịa - Vũng Tàu, 2020 [4] Hee Min Teh, Vengatesan Venugopal, “Performance evaluation of a semicircular breakwater with truncated wave screens”, Ocean Engineering, vol 70, pp 160-176, 2013 [5] G Dhinakaran, V Sundar, R Sundaravadivelu, K.U Graw, “Effect of perforations and rubble mound height on wave transformation characteristics of surface piercing semicircular breakwaters,” Ocean Engineering, vol 36, pp 1182-1198, 2009 [6] K Hunaydin, M.S Kabdash, “Performance of solid and perforated U-type breakwaters under regular and irregular waves,” Ocean Engineering, vol 31, pp 1377-1405, 2004 [7] Ana Gomes, José L S Pinho, Tiago Valente, José S Antunes Carmo and Arkal V Hegde, “Performance Assessment of a Semi-Circular Breakwater through CFD Modelling,” Journal of Marine Science and Engineering, vol 8, pp 1-16, 2020 [8] Karim Badr Hussein, M.I Ibrahim, “Wave Interaction with Vertical Slotted Breakwaters,” International Journal of Engineering Research & Technology (JRERT),vol 8, pp 589-598, 07 July 2019 ISSN 2734-9888 04.2021 75 ... < hiệu giảm sóng giảm rõ rệt Kết luận Hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng cốt phi kim BUSADCO hiệu suất giảm sóng lớn 50% ứng với hệ số truyền sóng Kt < 0.5 Dựa vào kết khảo sát so sánh kết mô. .. trí đê chắn sóng tỷ lệ lỗ rỗng thân kết cấu đê chắn sóng hình bán nguyệt, nghiên cứu thực với kết cấu đê chắn sóng hình bán nguyệt khơng đục lỗ, kết cấu đê bán nguyệt đục lỗ mặt với tỷ lệ lỗ rỗng. .. độ tin cậy mô hình mơ tốn tương tác chất lỏng kết cấu Hệ số truyền sóng cho thấy hiệu giảm sóng kết cấu đê chắn sóng tốt, lớn 50% tất kịch sóng Ảnh hưởng chu kỳ sóng đến hệ số truyền sóng Kt Hs