Onde e correnti sono spesso presenti simultaneamente in zona costiera. La loro interazione dà luogo ad un complesso campo di moto idrodinamico, il quale governa importanti processi costieri e.g. trasporto solido. Lungo la costa tale campo di moto è ulteriormente complicato dall'interazione con il fondale, il quale può essere fisso, erodibile, inclinato o presentare forme di fondo. Sebbene siano stati compiuti grandi progressi nello studio dell'interazione onde-correnti e nello sviluppo dei relativi modelli teorici, la conoscenza del fenomeno presenta ancora delle criticità importanti. Innanzitutto, la maggior parte dei dati sperimentali esistenti provengono da esperimenti sull'interazione fra onde e correnti co-lineari, ovvero aventi la stessa direzione, sebbene l'angolo di attacco fra onde e correnti avvenga in zona costiera prevalentemente con un angolo ortogonale o quasi ortogonale. La mancanza di dati nelle suddette condizioni è probabilmente dovuta a difficoltà connesse alla modellazione fisica e alla mancanza di apparati di laboratorio adeguati alla riproduzione di questo particolare campo di moto. Ciò ha fatto sì che i modelli teorici esistenti siano stati validati prevalentemente su esperimenti co-lineari, malgrado studi recenti mostrino come questo abbia determinato una insensibilità direzionale ed una non corretta ricostruzione degli sforzi tangenziali al fondo di tali modelli. Inoltre, i pochi esperimenti esistenti sono prevalentemente su fondo piano, dunque gli effetti non lineari determinati dalla propagazione del moto ondoso su un fondale con profilo inclinato (e.g., shoaling) su una corrente diretta ortogonalmente non sono stati studiati approfonditamente in letteratura. Nel presente lavoro è stato condotto uno studio sperimentale sull'interazione ortogonale fra onde e correnti su fondo inclinato. Il lavoro è incentrato sulla caratterizzazione idrodinamica del setup sperimentale. Una serie di esperimenti è stata effettuata all'interno di una vasca sperimentale, dove mediante un generatore di onde e un sistema di ricircolo delle correnti è possibile dar luogo alla contemporanea presenza di onde e correnti interagenti ad angolo retto. Sono stati effettuati esperimenti sia in condizioni di sola corrente che di onde più correnti. Il moto ondoso e la corrente interagiscono in corrispondenza di un fondo fisso liscio con pendenza 1:25. Un moto oscillatorio regolare con altezza d'onda H = 0.01 m e periodo T = 1.0 s è stato sovrapposto ad una corrente con velocità media U = 0.11 m/s. Sono stati condotti 19 test, 14 dei quali in condizione di sola corrente e 5 in condizione di onde più correnti. La sopraelevazione d'onda e le velocità sono state misurate, rispettivamente, mediante sonde resistive e velocimetri acustici ad effetto Doppler. I velocimetri sono stati posizionati all'interno dell'area di acquisizione al fine di caratterizzare spazialmente il campo di moto. Nello specifico, sono state riprodotte tre disposizioni geometriche della strumentazione di misura: con un array lineare in direzione della corrente, con un array lineare in direzione delle onde, a croce in entrambe le direzioni. In presenza di sola corrente, i risultati dei profili di velocità media mostrano che all'interno del setup sperimentale è possibile riprodurre una corrente soddisfacentemente ortogonale rispetto alla direzione del moto ondoso, sebbene all'allontanarsi dall'asse di mezzeria della sezione di ingresso e di uscita della corrente questa subisce un effetto di deviazione nella direzione del moto ondoso. Questo suggerisce la presenza di regioni di ricircolo, le quali all'allontanarsi dalla regione di ingresso/uscita della corrente inducono una deviazione del flusso in direzione ortogonale rispetto alla direzione prevista. I profili di velocità mostrano inoltre la presenza di un moto medio verticale in direzione normale al fondo. Questo può essere dovuto ad un rallentamento della corrente in prossimità della sezione di uscita. In presenza di onde sovrapposte alla corrente, i risultati dei profili di velocità media mostrano un aumento di velocità della corrente per effetto della sovrapposizione del moto ondoso. Tale dato suggerisce la presenza di un trasferimento di quantità di moto media nella direzione della corrente per effetto del moto oscillatorio. L'incremento di velocità è maggiore a profondità relativamente minori, ed è tale da ridurre l'effetto di richiamo delle regioni di ricircolo. In the present work an investigation on combined wavecurrent orthogonal flow over a planar beach is presented. A series of tests have been carried out in an experimental tank, in which a wavemaker coupled with a flow recirculation system allows the superposition of an oscillatory flow over an orthogonal steady current. Waves and current interact over a fixed smooth bed with a 1:25 sloping profile. Current only and wave plus current tests have been performed, during which surface elevation and velocity profiles measurements have been recovered. Velocity measurements have been carried out at different positions in the tank in order to investigate effects on the velocity profile determined by presence of the sloping bottom at different depths. Results of current only tests showed that a satisfactory steady current is achieved within the tank, although presence of a minor recirculation effect determines a mean flow to arise in the direction orthogonal to the current. Superposition of waves determines a mean momentum transfer on current, which results in an increased current velocity and a reduction of the recirculation effect.
AN EXPERIMENTAL SETUP FOR COMBINED WAVE-CURRENT FLOW INTERACTING AT A RIGHT ANGLE OVER A PLANE BEACH
Marino M.;Faraci C.;Musumeci R. E.
2020-01-01
Abstract
Onde e correnti sono spesso presenti simultaneamente in zona costiera. La loro interazione dà luogo ad un complesso campo di moto idrodinamico, il quale governa importanti processi costieri e.g. trasporto solido. Lungo la costa tale campo di moto è ulteriormente complicato dall'interazione con il fondale, il quale può essere fisso, erodibile, inclinato o presentare forme di fondo. Sebbene siano stati compiuti grandi progressi nello studio dell'interazione onde-correnti e nello sviluppo dei relativi modelli teorici, la conoscenza del fenomeno presenta ancora delle criticità importanti. Innanzitutto, la maggior parte dei dati sperimentali esistenti provengono da esperimenti sull'interazione fra onde e correnti co-lineari, ovvero aventi la stessa direzione, sebbene l'angolo di attacco fra onde e correnti avvenga in zona costiera prevalentemente con un angolo ortogonale o quasi ortogonale. La mancanza di dati nelle suddette condizioni è probabilmente dovuta a difficoltà connesse alla modellazione fisica e alla mancanza di apparati di laboratorio adeguati alla riproduzione di questo particolare campo di moto. Ciò ha fatto sì che i modelli teorici esistenti siano stati validati prevalentemente su esperimenti co-lineari, malgrado studi recenti mostrino come questo abbia determinato una insensibilità direzionale ed una non corretta ricostruzione degli sforzi tangenziali al fondo di tali modelli. Inoltre, i pochi esperimenti esistenti sono prevalentemente su fondo piano, dunque gli effetti non lineari determinati dalla propagazione del moto ondoso su un fondale con profilo inclinato (e.g., shoaling) su una corrente diretta ortogonalmente non sono stati studiati approfonditamente in letteratura. Nel presente lavoro è stato condotto uno studio sperimentale sull'interazione ortogonale fra onde e correnti su fondo inclinato. Il lavoro è incentrato sulla caratterizzazione idrodinamica del setup sperimentale. Una serie di esperimenti è stata effettuata all'interno di una vasca sperimentale, dove mediante un generatore di onde e un sistema di ricircolo delle correnti è possibile dar luogo alla contemporanea presenza di onde e correnti interagenti ad angolo retto. Sono stati effettuati esperimenti sia in condizioni di sola corrente che di onde più correnti. Il moto ondoso e la corrente interagiscono in corrispondenza di un fondo fisso liscio con pendenza 1:25. Un moto oscillatorio regolare con altezza d'onda H = 0.01 m e periodo T = 1.0 s è stato sovrapposto ad una corrente con velocità media U = 0.11 m/s. Sono stati condotti 19 test, 14 dei quali in condizione di sola corrente e 5 in condizione di onde più correnti. La sopraelevazione d'onda e le velocità sono state misurate, rispettivamente, mediante sonde resistive e velocimetri acustici ad effetto Doppler. I velocimetri sono stati posizionati all'interno dell'area di acquisizione al fine di caratterizzare spazialmente il campo di moto. Nello specifico, sono state riprodotte tre disposizioni geometriche della strumentazione di misura: con un array lineare in direzione della corrente, con un array lineare in direzione delle onde, a croce in entrambe le direzioni. In presenza di sola corrente, i risultati dei profili di velocità media mostrano che all'interno del setup sperimentale è possibile riprodurre una corrente soddisfacentemente ortogonale rispetto alla direzione del moto ondoso, sebbene all'allontanarsi dall'asse di mezzeria della sezione di ingresso e di uscita della corrente questa subisce un effetto di deviazione nella direzione del moto ondoso. Questo suggerisce la presenza di regioni di ricircolo, le quali all'allontanarsi dalla regione di ingresso/uscita della corrente inducono una deviazione del flusso in direzione ortogonale rispetto alla direzione prevista. I profili di velocità mostrano inoltre la presenza di un moto medio verticale in direzione normale al fondo. Questo può essere dovuto ad un rallentamento della corrente in prossimità della sezione di uscita. In presenza di onde sovrapposte alla corrente, i risultati dei profili di velocità media mostrano un aumento di velocità della corrente per effetto della sovrapposizione del moto ondoso. Tale dato suggerisce la presenza di un trasferimento di quantità di moto media nella direzione della corrente per effetto del moto oscillatorio. L'incremento di velocità è maggiore a profondità relativamente minori, ed è tale da ridurre l'effetto di richiamo delle regioni di ricircolo. In the present work an investigation on combined wavecurrent orthogonal flow over a planar beach is presented. A series of tests have been carried out in an experimental tank, in which a wavemaker coupled with a flow recirculation system allows the superposition of an oscillatory flow over an orthogonal steady current. Waves and current interact over a fixed smooth bed with a 1:25 sloping profile. Current only and wave plus current tests have been performed, during which surface elevation and velocity profiles measurements have been recovered. Velocity measurements have been carried out at different positions in the tank in order to investigate effects on the velocity profile determined by presence of the sloping bottom at different depths. Results of current only tests showed that a satisfactory steady current is achieved within the tank, although presence of a minor recirculation effect determines a mean flow to arise in the direction orthogonal to the current. Superposition of waves determines a mean momentum transfer on current, which results in an increased current velocity and a reduction of the recirculation effect.I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
