Faglig innhold

Kurset presenterer de underliggende prinsippene for numerisk modellering av marine strømmer med komplekse frie overflater ved bruk av en numerisk bølgetank. Slike typer strømmer opptrer blant annet når krappe ikke-lineære bølger bryter enten på dypt vann eller når de forplanter seg inn over grunnere vann. De numeriske metodene som læres, fanger den komplekse frie overflaten ved modellering av tofasestrømning og løsning av de tre-dimensjonale Navier-Stokes-ligningene. De numeriske metodene for behandling av grenseovergangen mellom luft og vann, romlig og tidsmessig diskretisering, parallell databehandling presenteres. De mest sentrale delene i en numerisk bølgetank gjennomgås, disse er bølgegenereringen, bølgeabsorpsjonen og de unike numeriske aspektene ved simulering av bølgeforplanting. Andre sentrale temaer innen marin- og kyst-teknikk som modellering av strømning i porøse strukturer, flytende legemer og sediment-transport er også introdusert. I tillegg blir muligheten til å bruke den todimensjonale dybdeintegrerte versjonen av den numeriske bølgetanken beskrevet, noe som muliggjør stor-skala faseoppløst bølgemodellering med ikke-hydrostatisk trykkfordeling eller andre dispersjonsbetingelser. Alle numeriske teknikker og modeller beskrevet i forelesningene er inkludert i REEF3D, som er et open-source program utviklet ved Institutt for bygg- og miljøteknikk, NTNU.

Læringsutbytte

Kunnskaper

Etter fullført emne skal studenten ha kunnskap om:

• CFD for numeriske bølgetank
• numerisk metoder for complex fri vannoverflate
• numeriske bølgetank (bølger generasjon, bølge demping, bølge forplanting)
• paralel simulasjon (domain decomposition, message passing interface, parallel løsning av Poisson matrix)
• algoritme for porøse strukturer
• algoritme for sediment transport i en numerisk bølgetank
• 6DOF algoritme
• fase oppløst stor skala bølgeberegning

Ferdigheter

Etter fullført emne skal studenten ha ferdigheter om:

• bruk av numeriske metoder for marin strømning med fri vannoverflate
• utvalg av fysiske rammebetingelser for bølge generasjon og bølge demping
• være i stand til å simulere en bred utvalg av marin strømningsproblemer med fri vannoverflate

Generell kompetanse

Etter fullført emne skal studenten ha kompetanse om:

• innsikt i CFD-basert numeriske bølge tank og kritisk vurdering av resultater fra strømningstekniske simuleringsprogram.

Læringsformer og aktiviteter

Forelesninger og simuleringsoppgaver. Undervisningen gis på engelsk.

Spesielle vilkår

Anbefalte forkunnskaper

Numerisk strømningsmekanikk og programmering bakgrunn er anbefalt.

Forkunnskapskrav

TVM4116 Hydromekanikk og TBA4270 Kystteknikk eller tilsvarende og Matlab/Phyton.

Kurset tilbys gitt at minst 3 studenter med relevant bakgrunn ønsker å ta det. Om du ønsker å ta kurset, vennligst kontakt emneansvarlig. Studenter som ikke er tatt opp til PhD-programmet i ingeniørvitenskap kan godkjennes av emneansvarlig. Når du i så fall har fått skriftlig klarsignal fra emneansvarlig om at du kan melde deg opp, videresend bekreftelsen til phd-koordinator (maren.grimstad@ntnu.no), så hjelper hun deg med oppmeldinga.

Kursmateriell

Oppgis ved kursstart