Quantifying wave dissipation by wavescreen with high resolution 3D numerical modeling

In this thesis, an OpenFOAM numerical model is developed to assess the wave dissipation, induced forces and reflection on slotted porous wave screens. A model validation is performed with a physical model comparison. 108 different wave screen configurations were defined by considering: two thickness values (2.5 inches, 3.5 inches), three porosity values (10%, 20%, and 30%), two values for the distribution of the pores (represented by 3 or 6 slits with fixed porosity), three values of submergence (3, 4, and 5 times the wave height) and three slits orientations (horizontal, 45° inclined and vertical). In the analysis, A second order stokes wave was generated with fixed height and period in transition water conditions. The main found was that the slotted wave screens with increased submergence and low porosity provide more wave dissipation. In general, the wave induced force increase with increasing submergence and low porosity, while the number of slits and orientation does not affect significantly neither dissipation, reflection or forces. Finally, we found the change in wave screen thickness, between standard slit sizes values, has a negligible impact on wave dissipation. These results can be used to design preliminarly an optimal configurations of slotted wave screens. Moreover, a comparison with the analytical Borda-Carnot theory was made. The results of the numerical model and the theory showed good agreement.

In questa tesi è stato sviluppato un modello numerico OpenFOAM per valutare dissipazione, riflessione dell’energia ondosa e forze agenti su frangiflutti fissi porosi. Il modello è stato validato comparando i risultati numerici con quelli derivanti da modelli fisici. Vengono definite 108 diverse combinazioni di caratteristiche geometriche delle strutture: due valori di spessore (2.5 e 3.5 pollici), tre valori di porosità (10%, 20%, and 30%), due valori per la distribuzione delle forature ( 3 fori e 6 fori a parità di porosità), tre valori di sommergenza (3, 4 e 5 volte l’altezza d’onda incidente) e tre valori per l’inclinazione dei fori rispetto all’asse verticale (verticali, inclinati di 45°, e orizzontali). È stata generata un’ onda che segue la seconda teoria di Stokes di altezza e periodo fissati in condizione di acque di transizione. Il risultato principale che viene presentato e’ la maggior dissipazione fornita da strutture con bassa porosita’ e alta sommergenza, dove la porosità è il parametro dominante. In generale, sia la forza indotta dalle onde che la riflessione sono maggiori con l’aumento della sommergenza e diminuzione della porosità. In particolare, inclinazione, distribuzione dei fori e spessore non influiscono significativamente su dissipazione, riflessione o forze. Questi risultati possono essere usati preliminarmente per la progettazione di una configurazione ottimale di un frangiflutti poroso per la dissipazione dell’energia ondosa. Inoltre, i risultati del modello sono stati confrontati con la teoria analitica di Borda-Carnot, mostrando un buon accordo.