رساله حاضر، به ارائه چارچوب توسعه یک روش عددی بر مبنای گسسته سازی حجم محدود معادلات حاکم، به منظور ارزیابی عملکرد هیدرودینامیکی سازه های ساحلی و فراساحلی صلب ثابت یا متحرک، در جریان آرام گذرای تک فازی یا دوفازی سیالات لزج و تراکم ناپذیر، در فضای دو بعدی پرداخته است. با انتخاب چیدمان هم مکان برای حفظ متغیرها در میدان حل، یک روش گام جزئی در حل میدان سرعت و فشار مورد استفاده قرار گرفته است. به علاوه، یک روش حجمی بر مبنای محاسبه نسبت حجمی سیال، برای شبیه سازی سطح آزاد در نظر گرفته شده است. به منظور گسسته سازی دامنه محاسباتی نیز، از رویکرد شبکه های روی هم - شامل یک شبکه زمینه ثابت غیریکنواخت کارتزین و یک یا چند شبکه روافتاده از سلول های چهار وجهی با قابلیت حرکت - استفاده شده است. لازم به ذکر است، در شرایطی که سازه دارای حرکات آزاد بوده و از جریان اطراف خود اثر بپذیرد، نیاز به محاسبه حرکات خطی و زاویه ای آن نیز مطرح شده و این کار، با حل معادلات تغییر اندازه حرکت خطی و زاویه ای جسم صلب انجام می شود. به منظور ارزیابی روش عددی پیشنهاد شده - علیرغم آنکه سعی گردیده است تا اصول روش عددی در فضای سه بعدی بیان شود - یک کُد در فضای دوبعدی توسعه یافته و مطالعات موردی انجام شده است. این مسائل شامل انتقال میدان اسکالر در جریان برشی معلوم، جریان حفره، جریان نامتقارن حول استوانه در کانال، موج آیری، موجساز گوه ای، سقوط آزاد استوانه به درون آب و در نهایت، حرکات سازه شناور در مقابل موج ساخته شده با موجساز پاروئی، می باشند. مسائل به گونه ای انتخاب شده اند که امکان ارزیابی صحت، دقت و بررسی توانایی روش عددی به طور کامل فراهم آیند. شبیه سازی جریان دوفازی در حضور شبکه های روی هم و با استفاده از حل عددی معادله انتقال نسبت حجمی و بدون استفاده از روش های بازسازی سطح، از نوآوری های رساله حاضر می باشد. همچنین، استفاده از یک میانیابی غیربقائی در انتقال تمامی متغیرهای میدان جریان دوفازی مذکور، که در عین سادگی پیاده سازی، حساسیت در تشابه کیفیت سلول های محاسباتی مجاور هم در شبکه های مختلف را کاهش داده است، از دیگر نوآوری ها می باشد. برای گسسته سازی جمله گرادیان فشار و نیز تقریب فشار در حین انتقال در میان شبکه ها در جریان دوفازی، یک میانیابی وزنی جدید پیشنهاد گردیده که با ساده سازی انجام شده در شبیه سازی سطح آزاد در تطابق است. معرفی روشی به منظور یافتن سلول میزبان یک نقطه در فضای محاسباتی - که سرعت حل را در مقایسه با روش های موجود افزایش می دهد - از دیگر نکات برجسته رساله حاضر است. همچنین، با توجه به عدم وجود ملاحظه خاص در ارائه اساس روش عددی، توسعه پایدار الگوریتم به فضای سه بعدی امکان پذیر خواهد بود. بر این اساس، فلوم موج عددی توسعه یافته است که علاوه بر امکان پیاده سازی انواع موجسازهای گوه ای، پاروئی و پیستونی، حرکات سه درجه آزادی و بزرگ یک سازه شناور را در مقابل امواج ثبت نموده و امکان بررسی حرکات نسبی چند سازه را نیز، دارد.

هدف از انجام رساله حاضر، شبیه سازی دوبعدی اندرکنش سیال و جسم شناور در پدیده های اسلاشینگ و برخورد موج و سازه در دو حالت سیال ایده آل و لزج است. جهت مدلسازیهای فوق در حالت سیال ایده آل، از دو روش المان مرزی و اجزاء محدود جهت حل معادلات لاپلاس و شرط مرزی دینامیکی سطح آزاد استفاده شد. سپس، مدل عددی جهت مدلسازی اندرکنش موج و جسم شناور با استفاده از تئوری تفرق تهیه و با استفاده از نتایج ارائه شده توسط سایر محققین معتبرسازی شد. در حالت سیال لزج، معادلات پیوستگی و ناویر- استوکس به عنوان معادلات حاکم مورد استفاده قرار گرفت. به منظور مدلسازی سطح آزاد، از روش کسر حجمی که یکی از روشهای تسخیر حجمی در مدلسازی سطح آزاد است، استفاده شد. سپس، با استفاده از روابط تئوری امواج، موج منظم منظم خطی ، غیرخطی تنها و موج نامنظم در یک مخزن موجساز عددی تولید و به کمک روابط تئوری امواج معتبرسازی شدند. در نهایت، اندرکنش جسم شناور و موج با استفاده از تکنیک حوزه حل مجازی مورد بررسی قرار گرفت.

امواج ثقلی ناشی از باد با توجه به درصد وقوع و مقدار انرژی آن ها از اهمیت ویژه ای در مهندسی سواحل، بنادر و سازه های دریایی برخوردار هستند. از جمله موارد استفاده اطلاعات این امواج در تحلیل و طراحی سازه های دریایی می باشد. از سوی دیگر شرایط امواج دریا را معمولا با طیف امواج مشخص می کنند. شرایط امواج و در نتیجه طیف موج در مناطق مختلف دریایی متفاوت است و در این خصوص عوامل مختلفی موثر هستند. نظر به اینکه مطالعات بسیار محدودی در زمینه ارزیابی مدل های طیفی امواج سازگار با مناطق دریایی کشور صورت گرفته است و از طرف دیگر داده های بسیار ارزشمندی از شرایط دریاها در سال های اخیر ثبت شده است، لذا بررسی داده ها، ارزیابی مدل های مطرح، و ارایه طیف موج مناسب برای شرایط دریاهای کشور بسیار ضروری است. در این تحقیق ابتدا مطالعات اولیه بر روی داده های خام اندازه گیری شده انجام شد. نتایج مطالعات نشان داد که این داده ها در برخی بازه ها دارای خطا می باشند. لذا ابتدا با توجه به معیارها و روش های موجود نسبت به شناسایی و اصلاح خطاها اقدام گردید. سپس به بررسی طیف های موج یک سویه و جهتی حاکم بر مناطق پرداخته شد. بدین منظور ابتدا طوفان های رخ داده در هر ایستگاه شناسایی و پس از استخراج طیف حاکم بر این طوفان ها، مدل های طیفی استاندارد pm، jonswap، ittc و ochi-hubble با طیف های میدانی بدست آمده مقایسه شدند. با در نظر گرفتن ضرایب توصیه شده برای مدل های طیفی استاندارد، نتایج حاصل بیان گر نامناسب بودن مدل طیفی ochi-hubble برای طیف های دوقله ای و تطابق بسیار بالای مدل طیفی ittc و تا حدودی jonswap با طیف های تک قله ای می باشد. در ادامه برای افزایش دقت مدل سازی، نسبت به تعیین ضرایب مناسب با روش گرادیان کاهش یافته عمومی برای هر سه مدل اقدام شد. این اقدام منجر به معرفی مدل jonswap اصلاح شده 6 پارامتری گردید. اما با توجه به دقت بالای مدل ittc پیشنهاد می گردد برای طیف های تک قله دریای عمان (فصول پاییز و زمستان) و تنگه هرمز (کل ایام سال) از مدل ittc با ضرایب پیشنهاد شده در مراجع استفاده گردد. همچنین با توجه به وجود طیف های دو قله در ایام مونسون (فصول بهار و تابستان) در منطقه دریای عمان، نتایج بررسیهای بعمل آمده بیانگر آن است که مدل hubble-ochi با ضرایب اصلاح شده و پیشنهادی این تحقیق، مدل طیفی مناسبی برای منطقه می باشد. در مراحل بررسی مدل های طیفی جهتی نیز مشاهده گردید که مدل توزیع جهتی mitsuyasu با ضرایب پیش فرض در مراجع، تطابق نسبتاً مناسبی با توزیع های جهتی تک قله ای و دوقله ای مناطق دارد. اما در راستای افزایش دقت مدل سازی نسبت به تصحیح ضرایب مدل مذکور نیز اقدام گردید. لذا پیشنهاد می گردد برای مدل سازی طیف جهتی از مدل اصلاح شده mitsuyasu استفاده گردد.

پدیده روگذری موج از موجشکن توده سنگی از موضوعات مهمی است که همواره در مهندسی دریا دارای اهمیت بوده است. فرایند روگذری شامل برخورد موج به سازه، بالا روی و نهایتا سرریزی جریان آب از سازه می¬باشد. این پدیده عامل بسیاری از تخریب¬ها در سازه¬های ساحلی و سازه¬های موجود در پسکرانه آنها در گذشته و حال بوده است. بدلیل وجود عدم قطعیت در پیش بینی تراز طراحی آب و تعیین امواج طراحی از یک سو و از سوی دیگر به لحاظ هزینه بالای اقتصادی احداث سازه¬های بلند، قبول وقوع درصدی روگذری غیر قابل اجتناب است. تحقیقات فراوانی در خصوص پدیده روگذری امواج از سازه¬های ساحلی در 50 سال اخیر انجام شده است. این مطالعات منجر به تصحیح مداوم در روشهای پیش¬ بینی روگذری از سازه¬های محافظت از ساحل در مقابل امواج دریا گردیده¬ است. روشهای موجود عمدتا به دو دسته روشهای عددی و روشهای آزمایشگاهی تقسیم بندی می¬گردند. روشهای عددی با وجود پیچیدگی¬های آنها، بدلیل آنکه شرایط مختلف موج و اشکال مختلف سازه در آن با تغییرات اندک در برنامه قابل دسترسی است، مورد اقبال عمومی محققین قرار گرفته است. باتوجه به صرف زمان و هزینه کمتر و انعطاف پذیری بالاتری که کارهای عددی نسبت به کارهای آزمایشگاهی دارند و همچنین کارهای کم عددی انجام شده در زمینه مطالعه روگذری، در این تحقیق از نرم افزار flow-3d برای محاسبه روگذری استفاده شده است. بمنظور بررسی صحت نتایج نرم افزار، ابتدا نتایج مدلسازی عددی با نتایج مدلسازی آزمایشگاهی انجام گرفته در دانشگاه تربیت مدرس مقایسه شد. برای سه ارتفاع موج مدلسازی شده در آزمایشگاه، مدلسازی عددی انجام شد و مقایسه نتایج روگذری حاصل از مدلسازی عددی با نتایج آزمایشگاهی، خطایی در حدود 15 درصد را نشان داد که این مقادیر خطا، با توجه به تفاوت¬های مدل عددی و آزمایشگاهی و همچنین خطاهای مدل عددی، قابل قبول است. پس از اطمینان از صحت مدل عددی برای پارامترهای مختلف سازه¬ای و دریایی، مطالعه پارامتریک انجام شد و با انجام 108 مدلسازی اثر مستقل و ترکیبی هریک از این پارامترها در میزان روگذری بررسی شد. در ادامه بمنظور مقایسه نتایج روگذری حاصل از مدلسازی عددی با فرمول¬های تجربی موجود، از فرمول اون استفاده شد که نتیجه این مقایسه نشان داد برای سازه غیر متخلخل مقدار روگذری حاصل از مدلسازی عددی کمی بیشتر از فرمول اون می¬باشد. در پایان برای قطعات پیش ساخته بتنی مختلف و چیدمان مختلف این قطعات مدلسازی عددی انجام شده¬است و مقایسه نتایج روگذری نشان داد چیدمان b قطعات آنتی فر کمترین مقدار روگذری و چیدمان منظم قطعات ایکس بلاک بیشترین مقدار روگذری را دارد.

در این پایان نامه، با استفاده از یک نرم افزار مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتی با نام flow-3d، روند تغییرات ضریب آبگذری برای اشکال تاج نیم دایره، ربع دایره، مسطح و لبه تیز با توجه به طول های مختلف سرریز کنگره ای، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که عواملی همچون استغراق موضعی و پشته جریان، تأثیر منفی روی عملکرد سرریزهای کنگره ای قوسی دارد.

امواج دریا ماهیت تصادفی دارند و شرایط امواج را معمولاً با طیف امواج مشخص می کنند. در همین راستا روش ها و مدل های متعددی برای محاسبه طیف امواج دریا معرفی شده است که در میان آن ها می توان به روش های تجربی و مدل های عددی و تکنیک های داده کاوی اشاره نمود. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم از خانواده مدل های درختی توسط نرم افزار weka مدل های مناسب برای تخمین طیف امواج تک جهته، دو قله ای و جهتی در ایستگاه های نامبرده ارائه شدند. در این مدل-سازی به منظور تخمین طیف موج از پارامترهای ارتفاع موج مشخصه ، دوره تناوب تقاطع صفر ، دوره تناوب پیک ، پارامترهای چکادی موج ، تیزی موج و پارامتر عرض طیف استفاده شد. مقایسه مدل های ارائه شده در این پژوهش با مدل های طیفی استاندارد نشان می دهد که مدل های پیشنهادی با دقت بسیار بالایی قادر به تخمین شکل های متنوع طیف امواج هستند و می توان به عنوان یک ابزار توانمند برای تخمین طیف امواج استفاده شوند. در ادامه به بررسی توان مدل طیفی استاندارد حاکم بر منطقه موردمطالعه پرداخته شد. در این بررسی مشاهده شد که برای داده های خلیج چابهار توان 5 فرکانس و برای داده های تنگه هرمز توان 6 فرکانس توزیع بهتری را ارائه خواهند داد.