No description available.

No description available.

No description available.

Fluid dynamics, like other physical sciences, is divided into theoretical and experimental branches. However, computational fluid dynamics (CFD) is third branch of Fluid dynamics, which has aspects of both the previous two branches. CFD is a supplement rather than a replacement to the experiment or theory. It turns a computer into a virtual laboratory, providing insight, foresight, return on investment and cost savings1. This work is a step toward an approach that realise a new and effective way of developing these CFD models.

This thesis is concerned with the response of submerged structures to explosive loading. Although, at the early part of the investigation, the aim was to study the response of submerged structures to explosive loads from an underwater explosion, it was later geared towards the study of the response of large offshore structures to explosive loading during the deconstruction process. This later part study started during the Explosive Removal of Offshore Structures EROS programme.

This thesis describes a laboratory study on the effect of free surface progressive waves on high Reynolds number gravity currents generated by instantaneous release of finite volumes of dense homogeneous fluid. The waves and gravity currents are studied as two-dimensional and the flows across the width of the flume are assumed to be constant. The engineering applications of this investigation will provide an insight into the processes by which dredging plumes are dispersed and flows propagate into estuaries at the coastline. This investigation examines the process at a fundamental level and gives a summary of the key characteristics and trends of the gravity current in the marine environment. This work has been carried out in the wave current flume at UCL using a number of advanced flow measuring techniques such as Laser Doppler Velocimetry to measure the orbital velocities of the waves and Particle Image Velocimetry to measure the internal dynamics of the gravity current. The position and density profiles of the gravity current were measured using digital images. In a static environment a gravity current spreading in two directions has symmetry in shape and distance from the point of release. In the presence of waves, the gravity current fronts propagate with and against the wave direction. The wave motion induces an asymmetry in the shape and rate of propagation of the gravity current fronts. Under certain wave conditions the overall length of the gravity current is found to be unchanged by the presence of the waves and the characteristics of the gravity current are similar to the case in static ambient water. However, in some cases the overall distance is severely modified by the wave motion. In addition to modifying the propagation rate of the gravity current the wave-induced mean flow modifies the profile of the gravity current head. The direction of the gravity current relative to the wave motion is vital in determining the rate of dispersion and the height of the density current.

La recherche de la genèse des méandres en général se fait selon deux approches qui doivent se valider mutuellement: la dynamique géomorphologique et la dynamique des fluides, où la modélisation des flux 3D permet de simuler le mouvement hélicoïdal, avec des difficultés liés au temps et procédure de calcul et en simplifiant le problème par des géométries simples (Camporeal, et al, 2007). Smoothed particle hydrodynamics (SPH) est une méthode à maille libre, devenu très populaire, en particulier pour simuler les flux de surface libre. C’est une méthode robuste et puissante pour décrire les milieux soumis à des déformations (Gomez-Gesteira, et al, 2010). L’objectif de cette recherche est de modéliser les écoulements hélicoïdaux en 3D. Le modèle à éléments finis utilisé dans cette étude, RMA, a montré sa capacité à simuler les caractéristiques clés des méandres et sont en accord avec les expérimentations de Hasegawa (1983), et Xu et Bai (2013). Les procédures SPH sont élaborées à partir du modèle 3D d'écoulement du fluide, en tenant compte des collisions entre les particules et des conditions aux limites de canal courbe. Avec le code SPH, l’écoulement hélicoïdal est initié par l'addition de flux de tourbillon visqueux aux conditions initiales. Le modèle d'écoulement hélicoïdal est compatible avec les modèles issus des expérimentations de Wang et Liu (2015), ainsi que celles de Wu (2008) qui tient compte de flux secondaires dans un canal courbe. Ainsi, SPH est capable de simuler l’écoulement hélicoïdal lié à la courbure du canal, en accord avec Camporeal et al. (2007), et da Silva (2006) et Yalin (1993). / Meandering channels research in general is separated, but still correlated, into two approaches: geomorphologic and fluid dynamics, where 3D flow modeling receive more attention for its ability to simulate helicoidal motion even though it is high in computational efforts and limited to simple geometry (Camporeal, et al., 2007). Smoothed particle hydrodynamics (SPH) is one most noticeable meshfree method and now become very popular, particularly for free surface flows, it is a robust and powerful method for describing deforming media (Gomez-Gesteira, et al., 2010). SPH is a very promising method to answer 3D flow modeling in meander dynamics. Objective of this research that helical flow patterns from flow simulation with 3D nearly incompressible flow SPH method is comparable to flow simulation with 3D stratified flow finite element method with RMA. The finite element model using in this study, RMA has shown its capability to simulate the meander key characteristics and are agreed with experiments of Hasegawa (1983), and Xu and Bai (2013). SPH procedures are developed from 3D fluid flow model, collision handling between water particles, and curved channel boundary conditions. With SPH simulation, helical flow is initiated by adding up viscous flow and vorticity at initial conditions. The helical flow pattern is consistent with the patterns from very recently experiment investigation by Wang and Liu (2015), and theoretical sketch of secondary flows in a curved channel by Wu (2008). Thus, SPH method is able to develop helical flow as a result of curvature, agreed with Camporeal et al. (2007), and even without sediment transport, agreed with da Silva (2006) and Yalin (1993).

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η αριθμητική μέθοδος προσομοίωσης μεγάλων κυμάτων (LWS), για τη μελέτη της τυρβώδους ροής που αναπτύσσεται κατά τη θραύση κυμάτων (θραύση εκχείλισης) πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης. Κατά τη μέθοδο LWS, οι μεγάλες κλίμακες των τυρβωδών διακυμάνσεων της ταχύτητας και της ελεύθερης επιφάνειας επιλύονται αριθμητικά, ενώ η επίδραση των μικρών κλιμάκων λαμβάνεται υπόψη με τη χρήση υποπλεγματικού (subgrid scale ή SGS) μοντέλου τάσεων, αντίστοιχο της μεθόδου προσομοίωσης μεγάλων δινών LES. Η θραύση εκχείλισης προσομοιώνεται από τη δράση των SGS τάσεων, οι οποίες δημιουργούν το στρόβιλο θραύσης και παράγουν εγκάρσια στροβιλότητα στο μέτωπο του κύματος. Η μέθοδος LWS εφαρμόζεται σε σύζευξη με τις εξισώσεις Euler και των αντιστοίχων μη-γραμμικών οριακών συνθηκών. Επιπλέον, ως σημείο αναφοράς χρησιμοποιείται η προσομοίωση της θραύσης εκχείλισης με μοντέλο επιφανειακού στροβίλου, κατά το οποίο η επίδραση του στροβίλου θραύσης υπολογίζεται εμπειρικά. Το μοντέλο προσαρμόζεται στις εξισώσεις δισδιάστατης μη συνεκτικής ροής, με τη χρήση κατάλληλα τροποποιημένων οριακών συνθηκών. Παρουσιάζονται αποτελέσματα δισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα στην ακτογραμμή, και τρισδιάστατης ροής, κατά τη θραύση κύματος κάθετα και υπό γωνία ως προς την ακτογραμμή. Γενικά, τα αποτελέσματα της ελεύθερης επιφάνειας και του πεδίου ταχυτήτων στη ζώνη απόσβεσης, κατά την θραύση κυμάτων κάθετα στην ακτογραμμή και πάνω από πυθμένα κλίσης 1/35, δείχνουν ικανοποιητική συμφωνία με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις. Ωστόσο, παρά την ασθενή μεταβολή της ροής εγκάρσια στην ακτογραμμή, παρατηρείται ότι, λόγω της τρισδιάστατης δομής του στροβίλου, ο μηχανισμός της θραύσης προσομοιώνεται ικανοποιητικότερα από τη μέθοδο LWS, όταν αυτή συνδυάζεται με τρισδιάστατο πεδίο ροής. Τέλος, εξετάζεται η διάδοση και η θραύση κυμάτων πάνω από πυθμένα σταθερής κλίσης 1/35, τα οποία προσπίπτουν στην ακτογραμμή υπό γωνία 42,45 μοιρών σε μεγάλο βάθος. Οι κορυφογραμμές του κύματος θραύονται σταδιακά και η δράση των SGS τάσεων παράγει εγκάρσια και διαμήκη στροβιλότητα. Ο στρόβιλος θραύσης αναπτύσσεται κατά μήκος των θραυομένων κορυφογραμμών, με γωνία προσανατολισμού αντίστοιχη της γωνίας πρόσπτωσης κύματος στη γραμμή θραύσης. / A method named Large Wave Simulation is presented, for the study of turbulent flow that develops during wave breaking (spilling breakers) over a constant-slope bed. According to LWS method, large scales of velocity field and free-surface elevation are numerically resolved, whereas the corresponding subgrid scale (SGS) effects are accounted for by a SGS stress model, equivalent to the ones used in Large Eddy Simulation (LES) method. Spilling breaking is simulated by a SGS stress field that creates an eddy breaker and produces spanwise vorticity at the breaking wave front. LWS method is used in conjuction with the Euler equation and the corresponding nonlinear boundary conditions. Moreover, as a reference, a surface roller (SR) model is used for the simulation of spilling breaking, which necessitates empirical parameters, for the calculation of the eddy breaker effect. The SR model is adapted for two-dimensional, inviscid but rotational free-surface flow, by use of appropriately modified boundary conditions. Results of two-dimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly to the shoreline, are presented, as well as results of threedimensional flow during breaking waves, propagating perpendicularly and obliquely to the shoreline. In the case of waves breaking perpendicularly to the shoreline over a constant slope (1/35) bed, free-surface elevation and velocities results are in accordance with existing experimental data. However, despite of the flow being weakly dependent to the cross-shore direction, due to the fact that the eddy breaker is three-dimensional, LWS method performs better when combined with a three-dimensional flow field. Finally, oblique wave propagation (42,45 degrees at deep water) and breaking over a constant-slope (1/35) bed is simulated. Wave crestlines break gradually and the effect of the SGS stress field produces spanwise (longshore) and streamwise (cross-shore) vorticity. The eddy breaker develops along the breaking wave front and its orientation follows the shape of the breaking crestlines.