Fysisch onderzoek naar de modellering van 1 golfenergieconvertor m.b.t. absorptie, diffractie, reflectie,...

Transcriptie

1 Faculteit Ingenieurswetenschappen Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter: Prof. dr. ir. P. Verdonck Fysisch onderzoek naar de modellering van 1 golfenergieconvertor m.b.t. absorptie, diffractie, reflectie,... door Charlotte Desimpelaere Promotor: Prof. dr. ir. J. De Rouck Thesisbegeleider: ir. C. Beels Afstudeerwerk ingediend tot het behalen van de graad van Burgerlijk Bouwkundig Ingenieur, optie Water en Transport Academiejaar

2 Toelating tot bruikleen De auteur geeft de toelating dit afstudeerwerk voor consultatie beschikbaar te stellen en delen van het afstudeerwerk te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van resultaten uit dit afstudeerwerk. Charlotte Desimpelaere 2 juni 2007 i

3 Voorwoord Graag zou ik mijn dank willen betuigen aan iedereen die heeft bijgedragen tot de verwezenlijking van deze thesis. Vooreerst wil ik mijn promoter, Prof. dr. ir. J. De Rouck bedanken, en in het bijzonder ook mijn begeleidster ir. C. Beels. Niet alleen hebben haar antwoorden en suggesties bijgedragen tot het realiseren van deze thesis, maar ook het ter beschikking stellen van de LaTeX-broncode was een grote hulp. Ook zou ik graag H. Van der Elst en S. Meurez willen bedanken voor het maken van de modellen en het inbouwen van het kiezelstrand in de golfgoot van de afdeling Weg- en Waterbouwkunde aan de Universiteiet Gent. Verder ben ik ook dank verschuldigd aan ir. M. Willems en F. Verstraete van het Waterbouwkundig Laboratorium te Borgerhout. ii

4 Fysisch onderzoek naar de modellering van 1 golfenergieconvertor m.b.t. absorptie, diffractie, reflectie,... door Charlotte Desimpelaere Afstudeerwerk ingediend tot het behalen van de graad van Burgerlijk Bouwkundig Ingenieur, optie Water en Transport Academiejaar Promotor: Prof. dr. ir. J. De Rouck Begeleider: ir. C. Beels Faculteit Ingenieurswetenschappen Universiteit Gent Vakgroep Civiele Techniek Voorzitter: Prof. dr. ir. P. Verdonck Samenvatting Hernieuwbare energiebronnen winnen steeds meer aan belang, omdat ze milieuvriendelijker zijn dan olie of gas, én onuitputbaar. Één type hernieuwbare enrgiebron is golfenergie, waarbij de FO 3 -convertor een mogelijk golfenergieconvertor is. Deze convertor haalt potentiële en kinetische energie uit de golven en zet die om in elektrische energie. Om echter over voldoende nominaal vermogen te beschikken, is een volledig park van FO 3 -convertoren vereist, waarbij de optimale configuratie nog dient bepaald te worden. Deze thesis is een eerste aanzet tot het ontwerp van het park: fysische modelproeven werden uitgevoerd in een golfgoot, om zo een schaalmodel te ontwikkelen die dezelfde hoeveelheid energie absorbeert als het prototype van een FO 3 -convertor, waarbij ook de invloed op het golfpatroon gelijkaardig is. In een verder verloop kunnen deze schaalmodellen dan beproefd worden om de park-configuratie verder te bepalen. Om tot dit model te komen, werden verschillende soorten en hoeveelheden absorberend materiaal getest, waarbij een verband opgesteld werd tussen de periode en golfhoogte enerzijds, en de hoeveelheid geabsorbeerde energie anderzijds. Eenmaal dit verband gekend, werd ook de schaduwzone na het model bestudeerd. Trefwoorden golfenergie, FO 3 -convertor, fysische modelproeven, absorptie, reflectie, diffractie

5 Experimental research on 1 wave energy converter with regard to absorption, diffraction, reflection,... Charlotte Desimpelaere Supervisor(s): Julien De Rouck, Charlotte Beels Abstract The aim is to abstract the FO 3 wave energy converter to a simple scale model with the same characteristics as the prototype, i.e. an equal amount of energy has to be absorbed from the waves, as well as the wave pattern that has to be affected in an identical way. Keywords wave energy, FO 3 converter, experimental research, absorption, diffraction, reflection I. INTRODUCTION DESIGNING a scale model of the FO 3 converter can be split up in three major phases. First of all, a choice has to be made with regard to the material that will be used for simulating the energy absorption. Different kinds of absorption materials will be tested, in order to make the best possible choice. After choosing the material, the amount of energy absorbed from the waves, has to be determined and the thickness of the absorption material should be adapted until the model absorbs the same amount of energy as the prototype does. Finally, the diffraction pattern will be observed. II. SELECTION OF THE ABSORPTION MATERIAL The different absorption materials that were tested, are those that are used to absorb the waves behind the wave paddle: hexablocks and blue Japanese filter mats. These materials were alternately built into the small wave flume (length x width x height = x 0.35 x 0.60m) of the Lab for Roads, Bridges and Coastal Engineering of the Department of Civil Engineering, Ghent University. After repeating the same tests for the different materials and positions (the hexablock has a twist that can be built in in different positions: V-position, Λ-position or horizontal), the blue Japanese filter mat turned out to be the most suitable material. The reason is that Japanese filter mats are only limited period-dependent and cause the least wave surface disturbance. An extra advantage of the filter mats is that they are easy to handle. So consequently it is not hard to adjust the thickness of the layer of Japanese filter mats, in contrast with the hexablocks. III. DETERMINATION OF THE AMOUNT OF ABSORBED ENERGY A. Testing passive absorption To determine the amount of energy, tests were performed in the big wave flume of the Lab for Roads, Bridges and Coastal Engineering of the Department of Civil Engineering, Ghent University (length x width x height = x 1.00 x 1.20m). But before performing those tests, the passive absorption system at the end of the flume was put to the test: in the small wave flume, a spending beach (which consists of washed stones and is given a desired slope) provided the absorption of transmitted waves, as opposed to the absorption system in the big wave flume, which consisted of hexablocks. When the reflection coefficients C r (cf. equation 1) are calculated (from equal test in both empty wave flumes), it becomes clear that the spending beach gives much smaller results, which is preferable to the hexablocks: a small C r indicates a small reflected wave (H r ), and means that the major part of the incident wave (H i ) is absorbed, which is the aim of the absorption system. C r = H r H i (1) B. Determination of the amount of absorbed energy Since the amount of absorbed energy by the prototype of the FO 3 converter was not known, a range of percentages that had to be absorbed was defined: 25%, 50% and 75%. Those percentages were modelled by using different thicknesses of blue Japanese filter mats, which were built into a floating aluminium frame with the same width as the wave flume. In that way, reflection on the walls was reduced to a minimum. The percentage of absorbed energy E a is calculated as described in equation 2: the amount of energy depends on the square of the ratio of the transmitted waves H t (measured by the gauges behind the model) to the incident waves H i (measured by the gauges before the model). Hereby the influence of the reflected waves is disregarded, which causes only a negligible difference. E a = 1 H2 t Hi 2 (2) The influence of four characteristics was tested: number of absorption mats (# layers), wave height (H), period (T ) and water depth (d) (cf. table I). # layers H T d [-] [m] [s] [m] TABLE I TESTED CHARACTERISTICS The different tests on the model results in 4 major conclusions: 1. The more blue Japanese mats that were built in, the more energy was absorbed (cf. figure 1). 2. The amount of absorbed energy rises with the wave height (cf. figure 1).

6 3. The amount of wave energy rises as the wave period decreases (cf. figure 1). 4. The water depth does not exhibit a general tendency, but the amount of absorbed energy varies little with varying depth. Absorbed energy E a (%) H=0.08m and T=0.919s H=0.08m and T=1.103s H=0.08m and T=1.202s # Layers H=0.10m and T=1.103s H=0.06m and T=1.103s Fig. 1. Tested characteristics (T, H and # layers) for fixed model with d = 0.900m Those tests were performed on a fixed model, but afterwards they were repeated on a model on which vertical movement was admitted. Still the conclusions remained valid. Only when an extra horizontal movement was admitted (additional to vertical movement) the conclusions were no longer generally valid. However, this was most probable due to an imperfect fixing of the model and not to the extra admitted movement. IV. INVESTIGATING THE DIFFRACTION PATTERN A. Experimental tests After modelling a realistic absorption, the diffraction pattern behind a scale model of the FO 3 converter was researched. Therefore, a wider wave flume was used, namely the wave flume of the Hyraulic Research Laboratory (a division of the Waterways and Marine Affairs Administration of the Environment and Infrastructure Department of the Ministry of the Flemish Community) in Borgerhout. The dimensions of that wave flume were length x width x height = x 4.00 x 1.40m, while the scale model had a width of 0.36 or 0.72m (respectively scale ). 100 and For researching the wave pattern, it is necessary to spread out the wave gauges. Before, the wave gauges were placed centrally in the wave flume because the tests were performed in 2D (the model was built in right across the width of the flume). Diffraction analysis requires 3D analysis, so more wave gauges were essential, as well in the width of the flume as in the length, so the pattern could be researched. Basically, four different positions of the wave gauges were tested: once placed at 0.35m, at 2.34m, at 4.34m and once at 6.34m of the back at the model. It was shown that when the gauges were placed at 4.34m and 6.34m of the model, the amount of absorbed energy was negative: waves that were reflected on the walls of the flume affected the original transmitted sequence of waves, so those positions were rejected: only when the wave gauges were placed on 0.35m or 2.34m of the back of the model, the results were reliable. On those positions, 11 gauges were spread over the width. To calculate the percentage of absorbed energy, the weighted average of those 11 gauges was first struck. This average was divided by the weighted average of 7 gauges on the same position in the empty flume (instead of as before the wave height measured before the model), subsequently raised to the square and subtracted from the unity (cf. equation 2). The results show that: 1. Rising period leads to a decreasing amount of absorbed energy, irrespective whether the gauges are placed close to the model or at 2.4m just like earlier. 2. Rising wave height leads to an increasing percentage of absorbed energy if the gauges are placed close to the model just like before but as the gauges are moving away from the model, this tendency does not count anymore. 3. The influence of increasing thickness of absorption material was not researched anymore (only tests with 3 layers of blue Japanese mats were performed), because less absorption material resulted in too little difference in wave heigth to be measured. B. Numerical tests To check if the results are reliable, the same tests were performed on a numerical model. The values of the measured wave heights are not the same, but the same tendencies are detected. This makes it reasonable to say that the discovered tendencies are correct. V. CONCLUSIONS The object (abstracting the FO 3 wave energy converter to a simple scale model with the same characteristics as the prototype) was achieved by using an aluminium frame, filled with varying thicknesses of blue Japanese mats, an absorption material which hardly affects the waves surface, but can easily be adapted to absorb more or less energy. REFERENCES [1] C. Desimpelaere, Fysische modellering van een golfenergieconvertor m.b.t. absorptie, diffractie, reflectie,..., M.S. thesis, Ghent University, 2007 [2] SEEWEC, Fig. 2. Tested model, scale 1 50

7 Inhoudsopgave 1 Inleiding Achtergrond Fysische modelproeven Opbouw scriptie Proefopstelling Golfgoot Ontwerp golfgoot Golfgeneratie Opmeten golfhoogte Golfanalyse Actieve absorptie Bepaling karakteristieken Karakteristieken model Golfkarakteristieken Duur van de proef Keuze materiaal Kleine golfgoot AWW Proefopstelling Inbouw Model Duur van de proef Proevenmatrix Resultaten Testen passieve absorptie Grote golfgoot AWW Proefopstelling Inbouw Duur van de proef Proevenmatrix Resultaten Bepalen absorptiegraad Grote golfgoot AWW Proefopstelling Inbouw Model Duur van de proef Proevenmatrix Resultaten Vast model Op- en neergaand model Los model vi

8 INHOUDSOPGAVE Besluit Verkennende proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL Proefopstelling Model en proevenmatrix Inbouw Duur van de proef Resultaten van de proeven in de lege golfgoot Resultaten van de proeven met model Resultaten van de proeven op het schaalmodel 1/ Resultaten van de proeven op het schaalmodel 1/ Besluit Proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL Proefopstelling Resultaten herhaalde proevenreeksen Proevenreeks in de lege golfgoot Proevenreeks met GHM op gelijke langspositie in de golfgoot Besluit Numeriek model MILDwave Methode van modelleren Resultaten van de proeven in de lege golfgoot Resultaten van de proeven met GHM s op dichte positie Resultaten van de proeven met GHM s op normale positie Besluit Besluit 95 A Keuze materiaal Kleine golfgoot AWW 98 A.1 Proevenmatrix A.2 Resultaten B Testen passieve absorptie Grote golfgoot AWW 101 B.1 Proevenmatrix B.2 Resultaten C Bepalen absorptiegraad Grote golfgoot AWW 103 C.1 Zonder model C.1.1 Proevenmatrix C.1.2 Resultaten C.2 Vast model C.2.1 Proevenmatrix C.2.2 Resultaten C.3 Op- en neergaand model C.3.1 Proevenmatrix C.3.2 Resultaten C.4 Los model C.4.1 Proevenmatrix C.4.2 Resultaten vii

9 INHOUDSOPGAVE D Verkennende proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL 119 D.1 Zonder model D.1.1 Proevenmatrix D.1.2 Resultaten D.2 Schaalmodel 1/ D.2.1 Proevenmatrix D.2.2 Resultaten D.3 Schaalmodel 1/ D.3.1 Proevenmatrix D.3.2 Resultaten E Proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL 131 E.1 Herhaalde proeven E.1.1 Proevenmatrix E.1.2 Resultaten E.2 Zonder model E.2.1 Proevenmatrix E.2.2 Resultaten E.3 GHM s dicht bij schaalmodel 1/ E.3.1 Proevenmatrix E.3.2 Resultaten E.4 GHM s op normale positie van schaalmodel 1/ E.4.1 Proevenmatrix E.4.2 Resultaten viii

10 Lijst van afkortingen en symbolen a (m) amplitude gegenereerde golf α l (-) lengteschaal α t (-) tijdsschaal AWW Afdeling Weg- en Waterbouwkunde C (m/s) fasesnelheid C g (m/s) groepssnelheid C r (-) reflectiecoëfficiënt d (m) waterdiepte e (m) amplitude van het golfschot E (J/m 2 ) energie E a (J/m 2 ) geabsorbeerde energie E i (J/m 2 ) invallende energie E r (J/m 2 ) gereflecteerde energie E t (J/m 2 ) getransmitteerde energie η (m) waterverheffing f (Hz) frequentie f HC (Hz) high-cut-off-frequentie f LC (Hz) low-cut-off-frequentie f p (Hz) piekfrequentie φ f (rad) faseverschil g (m/s 2 ) valversnelling γ b (-) brekingsindex GEC golfenergieconvertor GHM golfhoogtemeter H (m) golfhoogte H i (m) invallende golfhoogte H geg (m) opgegeven golfhoogte ix

11 LIJST VAN AFKORTINGEN EN SYMBOLEN H m0 (m) significante golfhoogte (uit frequentie-analyse) H r (m) gereflecteerde golfhoogte H rms (m) kwadratische gemiddelde golfhoogte H s (m) significante golfhoogte H t (m) getransmitteerde golfhoogte k (rad/m) golfgetal K f (-) Biésel transferfunctie L (m) golflengte m 0 (m 2 ) oppervlakte onder het energiedichtheidsspectrum n (-) natuurlijk getal ρ w (kg/m 3 ) dichtheid van water s (-) steilheid S η (m 2 s) energiedichtheidsspectrum t (s) tijd t totaal (s) duur van de proef T (s) periode T geg (s) opgegeven periode T m (s) gemiddelde periode T p (s) piekperiode U (V) spanning WL Waterbouwkundig Laboratorium X 0 (m) verplaatsing golfschot x 1,2model (m) afstand tussen eerste en tweede GHM t.h.v. het model x 1,3model (m) afstand tussen eerste en derde GHM t.h.v. het model x 1,2schot (m) afstand tussen eerste en tweede GHM t.h.v. het schot ω (rad/s) hoekfrequentie x

12 Lijst van figuren 1.1 Concept FO 3 -platform Artistieke impressie FO 3 -farm Grote golfgoot WL (70.00 x 4.00 x 1.40m) Kiezelstrand, Grote golfgoot AWW Golfhoogtemeters Voorbeeld van een ijking van een GHM met SWP = 1.00m Algemeen schema inbouw in een golfgoot Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d = 0.30m en S 0 = 0.28m, Kleine golfgoot AWW Inbouw Kleine golfgoot AWW, links voor opgegeven periodes T geg = 0.66s en rechts voor T geg = 0.80s Verschillende geteste materialen: Hexablok (links) en Blauwe Japanse mat (rechts) Verschillende posities hexablok: V-positie (links), Λ-positie (centraal) en horizontale positie (rechts) Blauwe Japanse matten, Kleine golfgoot AWW Verstoring van het wateroppervlak na horizontaal gepositioneerde hexablok Verstoring van het wateroppervlak voor het hexablok met V-positie (links) en voor de blauwe Japanse mat (rechts) Inbouw in Grote golfgoot AWW, hexablokken ingebouwd ter absorptie Inbouw Grote golfgoot AWW, links voor T geg = 0.919s, centraal voor T geg = 1.103s en rechts voor T geg = 1.202s, d = 0.900m Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d =0.900m en S 0 =0.750m, Grote golfgoot AWW Schets gebruikt model, Grote golfgoot AWW Inbouw vast model in Grote golfgoot AWW Inbouw op- en neergaand model (links) en los model (rechts) in Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. het aantal lagen absorberende matten, opgegeven periode T geg = 0.919s, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgemten golfhoogte, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. opgemeten periode, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie in functie van het aantal lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. de waterdiepte, opgegeven golfhoogte H geg = 0.08m, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Op- en neergaand model, Grote golfgoot AWW xi

13 LIJST VAN FIGUREN 5.12 Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven periode en toegelaten beweging van het model, opgegeven golfhoogte H geg = 0.08m, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte en aantal lagen absorberend materiaal, opgegeven periode T geg = 0.919s, los model, Grote golfgoot AWW Klein model op schaal 100 (links) en groot model op schaal 1 50 (rechts), Grote golfgoot WL Principe inbouw vast model, Grote golfgoot WL Inbouw 2 vaste schaalmodellen 1/50, Grote golfgoot WL Inbouw op- en neergaand schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d =1.000m en S 0 =0.600m, Grote golfgoot WL Voorbeeld tijdssignaal voor H geg = 0.08m en T geg = 0.919s, GHM 1, Grote golfgoot WL beschouwde gedeeltes van de tijdsreeks voor de reflectie-analyse, H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, GHM 4, zonder model, Grote golfgoot WL Reflectiecoëfficiënten voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, tweede groep GHM s, zonder model, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met halve laag absorberende materiaal, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 3 lagen absorberende materiaal, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, GHM m achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Standaardafwijking voor GHM 1 voor H geg = 0.06m en T geg = 0.919s, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberend materiaal, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM4 5 6 op normale positie / GHM m extra achteruit geschoven / GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM 4 dicht geschoven, Grote golfgoot WL Inbouwde GHM 4 t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM 4 dicht geschoven, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. model, GHM 4, GHM 5 en GHM 6 op 2.34m van het vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.06m en T geg = 1.103s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. twee modellen, 2 keer vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL xii

14 LIJST VAN FIGUREN 6.25 Beweging van het op- en neergaand schaalmodel 1/50, H geg = 0.08m en T geg = 1.202s, Grote golfgoot WL Voorbeeld afknip tijdssignaal voor H geg = 0.14m en T geg = 0.919s, GHM 4, zonder model, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. positie vast schaalmodel 1/50, 7 GHM ingebouwd op 1 langspositie, zonder model, Grote golfgoot WL Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.10m en T geg = 0.919s, zonder model, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, 11 GHM s ingebouwd op 0.35m van het model, Grote golfgoot WL Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.12m en T geg = 0.919s, 11 GHM s ingebouwd op 0.35m van vast schaalmodel 1/50 in combinatie met numerieke equivalent, Grote golfgoot WL Opeenvolgende beelden van proef H geg = 0.10m en T geg = 0.919s, vast model, numerieke simulatie van Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie (fysische golfgoot), 11 GHM s op 0.35m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, 11 GHM s ingebouwd op 2.34m van het model, Grote golfgoot WL Overzicht opgemeten golfhoogtes voor T geg = 0.919s, 11 GHM s ingebouwd op 2.34m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie (fysische proeven), 11GHM s op 2.34m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Resulterende model xiii

15 Lijst van tabellen 2.1 Voorkomingsfrequentie Westhinder Periode Golfhoogte Golflengte Golfhoogte in stormcondities Golfkarakteristieken op schaal 1/100, Kleine golfgoot AWW Grenzen op tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven frequentie, Kleine golfgoot AWW Tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven periode, Kleine golfgoot AWW H i en T voor proeven met hexablok in V-vorm i.f.v. opgegeven golfhoogte voor T geg = 0.66s, Kleine golfgoot AWW Absorptie voor proeven met hexablok in V-vorm i.f.v. opgegeven golfhoogte voor T geg = 0.66s, Kleine golfgoot AWW Percentage geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en absorptiemateriaal, Kleine golfgoot AWW Gewenste tussenafstanden voor GHM s i.f.v. opgegeven periode met d = 0.764m, Grote golfgoot AWW Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en groep GHM s, hexablokken ingebouwd ter absorptie, Grote golfgoot AWW Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en groep GHM s, kiezelstrand ingebouwd ter absorptie, Grote golfgoot AWW Golfkarakteristieken Grote golfgoot AWW Tussenafstanden GHM s, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. het aantal lagen absorberende matten, voor opgegeven periode T geg = 0.919s, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte, periode en waterdiepte, vast model, Grote golfgoot AWW Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte, periode en beweging model, Grote golfgoot AWW Golfkarakteristieken Grote golfgoot WL Grenzen op tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven periode, Grote golfgoot WL Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en beschouwde deel van de tijdsreeks, zonder model, Grote golfgoot WL Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, gedeelte tijdssignaal nodig voor heen en terug lopen eerste ontwikkelde golf, zonder model, Grote golfgoot WL Opgemeten golfhoogtes per GHM i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode (schaalwaarden), zonder model, Grote golfgoot WL xiv

16 LIJST VAN TABELLEN 6.6 Vergelijking opgemeten golfhoogtes i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorptiemateriaal, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie in functie van opgegeven golfhoogte, periode en afstand tussen model en tweede groep GHM s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Geabsorbeerde energie in.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en tussenafstand model tweede groep GHM s, GHM 4 op 5cm van model, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte, periode en afstand tussen model en tweede groep GHM s, GHM 4 GHM 5 GHM 6 op 1 rij, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v opgegeven golfhoogte en periode, 2 keer vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Verhouding opgemeten golfhoogte H centraal bij model met centrale matten tot opgemeten golfhoogte H normaal bij model met matten vooraan i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie in functie van opgegeven golfhoogte en periode, vast en op- en neergaand schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Tussenafstanden GHM s i.f.v. de opgegeven periode, Grote golfgoot WL Vernieuwde golfkarakteristieken Grote golfgoot WL Standaardafwijking, H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, zonder model, Grote golfgoot WL Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode herhaalde reeks t.o.v. oorspronkelijke reeks, zonder model, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode herhaalde reeks t.o.v. oorspronkelijke reeks, GHM 4 GHM 5 GHM 6 op 1 rij, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Vergelijking opgemeten golfhoogte op centrale as met gemiddelde waarde i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode (schaalwaarden uit fysische golfgoot), zonder model, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, GHM s op 0.35m van vast schaalmodel 1/50 in combinatie met numerieke equivalent, Grote golfgoot WL Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode en posities GHM s (fysische preoven), vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL xv

17 Hoofdstuk 1 Inleiding 1.1 Achtergrond Er wordt verwacht dat het energieverbruik wereldwijd de komende decennia aanzienlijk zal stijgen, waarbij Europa niet zal onderdoen voor de rest van de wereld [5]. Deze stijgende energiebehoefte heeft binnen de Europese Unie geleid tot vele onderzoeksprojecten om hernieuwbare energiebronnen aan te wenden, om zo tot een evenwichtiger mix van bronnen te komen (energiediversificatie) [11]. Het aandeel van fossiele brandstoffen zal hierdoor afnemen, waardoor deze bronnen minder snel uitgeput zullen raken, maar ook een verminderde economische afhankelijkheid en een vermindering van milieuvervuiling die gepaard gaat met de ontginning en verbranding van olie en gas (broeikasgassen) zullen op die manier gerealiseerd worden. Want dit is namelijk een belangrijk voordeel van hernieuwbare energie: het milieu ondervindt geen (of weinig) hinder door de ontginning van deze energievorm. In de navolging van de Kyotodoelstellingen heeft Europa zichzelf het doel opgelegd om tegen % (tot zelfs 20% tegen 2020) van het totale energieverbruik uit hernieuwbare energiebronnen te halen [13]. Binnen het segment van de hernieuwbare energie is windenergie een belangrijke bron (naast onder meer fotovoltaïsche cellen en biomassa [8]). Golfenergie daarentegen is aan een opmars bezig. Hoewel de technologie relatief nieuw is, en nog niet concurrentieel met windenergie, is er toch het doel gesteld om dit binnen afzienbare tijd te bereiken. Het voordeel van golfenergie ten opzichte van windenergie is de hoge energiedichtheid, waarbij golven minder fluctueren en beter voorspelbaar zijn dan wind, en mogelijk ook geconcentreerder voorkomen ( hot-spots, door natuurlijke fenomenen als refractie en reflectie). Dit maakt golfenergie tot een aanlokkelijk alternatief voor windenergie. Toch is golfenergie nog niet op wijde schaal gecommercialiseerd. Dit door de moeilijke combinatie van de verschillende eisen waaraan een golfenergieconvertor (GEC) dient te voldoen. Een golfenergieconvertor zet kinetische en/of potentiële energie van de golven om in elektrische energie. Een GEC dient zowel constructief, 1

18 HOOFDSTUK 1. INLEIDING elektrisch als economisch (zo kosten-efficiënt mogelijk) optimaal ontworpen te worden, en elk van deze aspecten dient beschouwd te worden om tot een rendabele GEC te komen. Bijkomende moeilijkheden zijn: de onregelmatigheden in golfamplitude, -fase, en -richting, wat tot verlaagde efficiëntie leidt, want het is uiterst moeilijk om een platform te ontwerpen dat voor een volledige range maximale efficiëntie behaalt. de variatie van de aangrijpende krachten op het platform, waarbij de maximale krachten vele malen groter kunnen zijn dan de gemiddelde waarde. De GEC dient dus niet enkel ontworpen te worden voor normale condities, maar ook voor extreme condities, waarbij elke onderdeel, maar ook het volledige platform, moet voldoen qua sterkte en stabiliteit. Ondanks deze moeilijkheden, blijft men toch verderwerken aan de onwikkeling van golfenergieconvertoren. De belangrijkste redenen daartoe zijn de overvloedige, onuitputtelijke voorraad van deze energievorm en de hoge energieflux. Bijkomende factoren die in het voordeel van golfenergie werken zijn het ontbreken van CO 2 -uitstoot, de beperkte invloed op de omgeving, de beperkte hoeveelheid land die nodig is [5],.... Een mogelijke golfenergieconvertor is een FO 3. Figuur 1.1: Concept FO 3 -platform Zoals op figuur 1.1 te zien is, is de FO 3 opgevat als een boorplatform, namelijk een vlottend verankerd platform (lengte x breedte x hoogte = 36 x 36 x 15m), met dat verschil dat er 21 drijvende, eiervormige pointabsorbers onder het dek hangen. Energie wordt uit de golven geabsorbeerd door de op- en neergaande beweging van de pointabsorbers die met de golven meebewegen. Deze lineaire, verticale beweging wordt omgezet in een rotationele beweging door 2

19 HOOFDSTUK 1. INLEIDING middel van een hydraulisch systeem, waardoor via een generator elektriciteit kan geproduceerd worden. Volgens gemaakte schattingen zal één GEC merkelijk minder produceren dan bijvoorbeeld een klassieke elektrische centrale die bv. een nominaal vermogen heeft van ongeveer 400MW. Het nominaal vermogen van een FO 3 -GEC voor de Belgische kust wordt geschat op slechts 300kW tot 600kW. Er dienen dus steeds meerdere GEC s geplaatst te worden: een farm of park genaamd. Zeker als men redeneert dat zo n farm ook voor de Belgischse kust moet kunnen, kan men wel denken dat er vele afzonderlijke GEC nodig zullen zijn, wetende dat. Figuur 1.2: Artistieke impressie FO 3 -farm 1.2 Fysische modelproeven Om een farm te ontwerpen, is het nodig om, naast numerieke modellering, ook fysische proeven uit te voeren. Vooraleer over te gaan tot het zoeken van een optimale configuratie van de farm, dient een FO 3 -convertor eerst geabstraheerd te worden tot een fysisch schaalmodel met gelijkaardig gedrag als een echte FO 3, zonder de details mee te modelleren. Dit model dient evenveel energie te absorberen als de werkelijke FO 3 -convertor. Bovendien moet het model een zelfde invloed hebben op het golfpatroon als de FO 3 -convertor. Een eerste stap in het ontwerp van het fysisch schaalmodel was het bepalen van een geschikt materiaal om energieabsorptie te simuleren. Hiertoe werden proeven in de Kleine golfgoot AWW uitgevoerd (goot met afmetingen lengte x breedte x hoogte = x 0.35 x 0.60m). Verschillende materialen werden over de volledige breedte van de goot geplaatst, waarbij steeds gekeken werd naar de hoeveelheid energie die geabsorbeerd werd, alsook naar de verstoring van het wateroppervlak die het materiaal teweegbracht. Eenmaal de keuze van het materiaal vastlag, werd het absorberend materiaal beproefd tot het 3

20 HOOFDSTUK 1. INLEIDING een gelijkwaardige hoeveelheid energie absorbeerde als het prototype. Aangezien dit niet gekend was, werd met percentages van geabsorbeerde energie gewerkt: 25%, 50% en 75%. Dit werd bereikt door de dikte van het materiaal in het model te laten variëren. Deze proeven werden uitgevoerd in de Grote golfgoot AWW (afmetingen x 1.00 x 1.20m), waarbij een model over de volledige breedte werd ingebouwd. Ten slotte werd de schaduwzone achter een FO 3 bestudeerd. Dit door het model van de FO 3 - convertor op schaal 1 50 om zo het diffractiepatroon te achterhalen. in te bouwen in een bredere golfgoot (afmetingen x 4.00 x 1.40m) 1.3 Opbouw scriptie In hoofdstuk 2 wordt in het algemeen de werking van een fysische golfgoot beschreven. Tevens wordt een eerste indicatie gegeven van de te gebruiken golfkarakteristieken. De eerste proeven die uitgevoerd werden, worden besproken in hoofdstuk 3. Dit zijn de proeven ter bepaling van het meest geschikte materiaal om energieabsorptie te simuleren. Daarvoor werden de verschillende materialen die gebruikt worden om de golf achter het schot te absorberen (hexablokken, blauwe Japanse mat,... ) beurtelings in de Kleine golfgoot AWW ingebouwd, waarop dan steeds dezelfde proeven herhaald werden. De blauwe Japanse mat bleek het materiaal te zijn dat het minst verstoring van het wateroppervlak opleverde. Een bijkomend voordeel van dit materiaal is de beperkte periode-afhankelijkheid, zodat de periode-afhankelijkheid van de convertor dan eenvoudigweg kan gesimuleerd worden door een bepaald percentage op te leggen. Hierop wordt verder ingegaan in hoofdstuk 5. Maar vooraleer dit verder uit te werken, werden eerst nog verschillende systemen van passieve absorptie beproefd, wat beschreven wordt in hoofdstuk 4. In de Kleine golfgoot AWW was een kiezelstrand ingebouwd, wat gekenmerkt wordt door goede (en dus lage) reflectiecoëfficiënten. In de Grote golfgoot AWW was oorspronkelijk geen kiezelstrand voor handen, en eerst werd geprobeerd om passieve absorptie te voorzien m.b.v. hexablokken. Wanneer de bijhorende reflectiecoëfficiënten uit de Grote golfgoot AWW dan vergeleken werden met die uit de Kleine golfgoot AWW (voor dezelfde beproefde periodes en golfhoogtes), kwam duidelijk naar voor dat die niet zo goed waren. Zo werd aangetoond dat een kiezelstrand noodzakelijk was, wat dan ook ingebouwd werd. Aangezien de hoeveelheid energie die geabsorbeerd wordt door een FO 3 -convertor op dit moment nog niet gekend is, werd met een range van percentages te absorberen energie gewerkt: 25%, 50% en 75%. Deze hoeveelheden kunnen eenvoudigweg gemodelleerd worden door verschillende lagen blauwe Japanse mat in het model in te bouwen. Het model bestaat namelijk uit een drijvend aluminium frame, waarin gemakkelijk Japanse matten kunnen bevestigd worden door 4

21 HOOFDSTUK 1. INLEIDING die aan de randen vast te maken. Om zo min mogelijk te lijden te hebben onder de reflecties op de wanden van de goot, werd het model over de volledige breedte van de Grote golfgoot AWW ingebouwd. Vervolgens werden verschillende reksen proeven uitgevoerd, eerst op een vast ingeklemd model, en vervolgens op een model dat vrij verticaal kon bewegen (waarbij de horizontale beweging belemmerd werd), om te eindigen met een vrij bewegend model (dat d.m.v. elastieken op zijn oorpronkelijke positie gehouden werd). Zo wordt aangetoond dat hoe groter de opgegeven periode is, hoe kleiner het percentage geabsorbeerde energie, wat in tegenstelling is met de opgegeven golfhoogte: hoe groter de opgegeven golfhoogte, hoe meer energie geabsorbeerd wordt. Dit alles wordt beschreven in hoofdstuk 5. Na het modelleren van een realistische absorptie, werd het diffractiepatroon na een fysisch schaalmodel van de FO 3 -GEC bestudeerd. Dit gebeurde in de grote golfgoot in het waterbouwkundig laboratorium te Borgerhout. Het schaalmodel had een breedte van 0.36m of 0.72m, terwijl de Grote golfgoot WL een breedte van 4.00m had. Zodoende kon het diffractiepatroon nader bestudeerd worden. In hoofdstuk 6 worden de eerste proeven in de Grote golfgoot WL besproken. Hierin werd op zoek gegaan naar een optimale positie van de golfhoogtemeters, terwijl ook nader gecontroleerd werd of de opgemeten resultaten wel betrouwbaar waren. Dit bleek namelijk niet het geval te zijn, omdat de opgemeten waarden een standaardafwijking van 1 milimeter hadden, en een verschil van 0.001m maakte een beduidend verschil op de hoeveelheid geabsorbeerde energie. In hoofdstuk 7 worden dan verschillende zaken in acht genomen om de meetonnauwkeurigheid zo klein mogelijk te houden: de ijking werd beter opgevolgd, de golfhoogtemeter met de grootste standaardafwijking werd verwijderd, de opgegeven golfhoogtes werden beduidend groter gekozen (zodat een zelfde standaardafwijking een kleinere invloed uitoefent), elke proef werd nog eens herhaald,... Bijkomend werden ook dezelfde proeven op een numeriek model beproefd, opdat vergelijkingsmateriaal voor handen zou zijn. Wanneer de resultaten uit beide proeven vergeleken werden (fysisch t.o.v. numeriek), blijkt dat die qua trend overeenstemmen, zodat deze proeven wel als betrouwbaar bestempeld konden worden. Zo wordt aangetoond dat hoe groter de opgegeven periode is, hoe kleiner het percentage geabsorbeerde energie (wat analoog is aan de resultaten uit de Grote golfgoot AWW), terwijl geen algemene uitspraak meer kon gedaan worden over de invloed van de golfhoogte. 5

22 Hoofdstuk 2 Proefopstelling Drie verschillende golfgoten werden gebruikt voor het ontwerpen van een fysisch schaalmodel van de FO 3 -convertor: Golfgoot met afmetingen lengte x breedte x hoogte = x 0.35 x 0.60m; afdeling Weg- en Waterbouwkunde, vakgroep Civiele Techniek, Faculteit Ingenieurswetenschappen, Universiteit Gent. (verwijzing als Kleine golfgoot AWW ) Golfgoot met afmetingen x 1.00 x 1.20m; opnieuw afdeling Weg- en Waterbouwkunde, UGent. (verwijzing als Grote golfgoot AWW ) Golfgoot met afmetingen x 4.00 x 1.40m; Waterbouwkundig Laboratorium Borgerhout, Vlaamse Gemeenschap. (verwijzing als Grote golfgoot WL ) Hier wordt nu eerst in het algemeen de werking van een golfgoot beschreven. 2.1 Golfgoot Ontwerp golfgoot Een golfgoot wordt gedefiniëerd als een proefopstelling om watergolven te genereren door middel van een computergestuurd schot. Voor elk van de drie golfgoten is het schot een verticaal schot van het piston-type. De Kleine golfgoot AWW heeft wanden in perspex, de grote golfgoten zijn van gewapend beton, waarbij één lange zijde gedeeltelijk uit glas vervaardigd is. Op die manier is gemakkelijk te zien wat er in de goot gebeurt. Figuur 2.1 geeft een zicht op de Grote golfgoot WL, waarbij de foto genomen is ongeveer halverwege, naar het golfschot toe. Zowel in de kleine als in de grote golfgoot van de afdeling weg- en waterbouwkunde van de Universiteit Gent werd achteraan een kiezelstrand ingebouwd, wat diende ter absorptie van de getransmitteerde golven (om zo de reflectie op einde van de golfgoot te beperken) (zie ook 6

23 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING Figuur 2.1: Grote golfgoot WL (70.00 x 4.00 x 1.40m) hoofdstuk 4 en [10]). Figuur 2.2 toont dit strand van de Grote golfgoot AWW bij een waterdiepte van 0.7m. Figuur 2.2: Kiezelstrand, Grote golfgoot AWW In de grote golfgoot in het waterbouwkundig laboratorium in Borgerhout werd geen kiezelstrand ingebouwd, maar stonden er wel absorberende schermen. Zoals in hoofdstuk 4 zal aangetoond worden in overeenstemming met [10] absorbeert een kiezelstrand beter dan absorberende matten, maar in het WL was geen kiezelstrand voorhanden. 7

24 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING Golfgeneratie De Kleine en Grote golfgoot AWW zijn uitgerust met het golfgeneratiesysteem GENESYS, de golfgoot WL wordt aangestuurd door middel van de aanstuursoftware WLWAVE. Beide softwarepakketten zetten een discrete tijdreeks van de verheffing van de gewenste invallende golf om naar een discrete tijdsreeks voor de positie van het golfschot m.b.v. de zogenaamde Biésel-transferfunctie. De Biésel-transferfunctie K f is een theoretische transferfunctie die het verband geeft tussen de verplaatsing van het golfschot X 0 (t) en de eruit resulterende golfamplitude in de golfgoot η(x, t). Wanneer de periodieke beweging van het golfschot rond een nul-positie kan beschreven worden d.m.v. ( ) 2π X 0 (t) = e sin T t (met e de amplitude en T de periode), dan bedraagt de golfhoogte (op een afstand van het golfschot die groter is dan 3 keer de waterdiepte d), gegenereerd door de schotbeweging X 0 (t) (met schot van het piston-type): η (x, t) = e K f sin ( ) 2π T t kx + φ f (2.1) (2.2) waarbij K f = de Biésel-transferfunctie voor het far field, 4 sinh2 (kd) sinh(2kd) + 2kd φ f = π 2 (2.3) (2.4) het faseverschil tussen schot- en golfbeweging en k het golfgetal k = 2π L. (2.5) De Biésel-transferfunctie kan dus ook beschreven worden als K f = a e = H, met a de amplitude S 0 van de gegenereerde golf en S 0 de maximale schotuitwijking. Voor verdere uitweiding over de Biésel-transferfunctie en de werking van een golfgoot, wordt verwezen naar [14] Opmeten golfhoogte De gegenereerde golven werden opgemeten door gebruik te maken van golfhoogtemeters (GHM s). De werkelijke verheffing van het wateroppervlak was namelijk steeds een fractie kleiner dan de gewenste theoretische golfhoogtes, omwille van golftransformaties en wrijvingsverliezen over de lengte van de goot. 8

25 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING Werking golfhoogtemeters De gebruikte GHM s zijn van het resistieve type: de GHM s meten een veranderlijke spanning op tussen 2 staafjes die zich in een golftrein gedeeltelijk onder water bevinden. Met behulp van een eenvoudige lineaire transformatie wordt dan uit de opgemeten spanning de golfhoogte bepaald. De GHM s waren bevestigd aan metalen staven die over de golfgoot gepositioneerd werden (zie figuur 2.3). De positie van de GHM s variëerden naargelang de opgegeven golfperiode. Figuur 2.3: Golfhoogtemeters De meetnauwkeurigheid van een golfhoogtemeter wordt bepaald door de standaardafwijking te berekenen wanneer een proef verschillende keren uitgevoerd wordt. Voor de golfhoogtemeters gebruikt in de Kleine en Grote goflgoot AWW bedraagt de standaardafwijking m, terwijl de golfhoogtemeters in de Grote golfgoot WL een standaardafwijking van tot m hebben, afhankelijk van de nauwkeurigheid van de ijking (dit wordt uitgewerkt in hoofdstuk 6 en 7). IJking golfhoogtemeters Om het opgemeten spanningsverschil om te zetten in een golfhoogte, is het noodzakelijk om de GHM s te calibreren. In AWW volstond het de spanning van de golfhoogtemeters op twee posities op te meten, namelijk één op de stand waarop later de golfhoogtes zouden opgemeten worden (=stilwaterpeil (SWP)), en één op stand 10cm hoger. Het lineaire verband tussen de verheffing van het wateroppervlak en de spanning van de golfhoogtemeter werd dan door de software van de golfgoot bepaald. In het WL gebeurde de ijking handmatig. Daarom werd als extra controle de spanning van de 9

26 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING golfhoogtemeters op een derde stand opgemeten, namelijk 5cm hoger dan SWP. Met behulp van de oude ijkingsconstante A oud en B oud werden de verheffingen weergegeven: η = A oud U + B oud (2.6) waarbij η de waterverheffing is in meter (ten opzichte van de bodem) en U de opgemeten waarde van de spanning in Volt. Omdat de ijkingsconstanten opnieuw bepaald moesten worden, werden deze waarden terug omgerekend naar de waarden in Volt, die dus effectief door de golfhoogtemeters werden opgemeten: U = η B oud A oud (2.7) Vervolgens werd het gemiddelde genomen van al deze x-waarden, en dit voor elke GHM, voor elke stand (0, 5 en 10cm boven het stilwaterpeil). Deze gemiddelde waarden werden dan uitgezet in een grafiek: op de x-as kwamen de gemiddelde U-waarden, op de y-as het overeenkomstige waterpeil, namelijk SWP, SWP 5cm en SWP 10cm. Dit wordt voorgesteld in figuur gemiddelde stand 1 Waterstand η (m) gemiddelde stand gemiddelde stand Spanning U (V) Figuur 2.4: Voorbeeld van een ijking van een GHM met SWP = 1.00m De nieuwe ijking werd dan bepaald door de getekende rechte (zie figuur 2.4): η = A nieuw U + B nieuw. Deze waarden van A nieuw en B nieuw werden dan in de sturingsfile aangepast, en golden als nieuwe ijking. Positie golfhoogtemeters Om te kunnen bepalen hoeveel energie er geabsorbeerd werd door het model, dient de golfhoogte van zowel de invallende golf, gereflecteerde als van de getransmitteerde golf gekend te zijn. 10

27 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING Daartoe werd er een groep golfhoogtemeters voor het model ingebouwd, alsook een groep na het model. Zo n groep GHM s bestond telkens uit 3 stuks, om zo ook de gereflecteerde golven, die op de invallende golf gesuperponeerd werden, te kunnen bepalen [9]. De drie golfhoogtemeters binnen zo n groep dienen voldoende dicht bij elkaar te staan volgens volgende richtlijnen: waarbij x 1,2model = L 10 L 6 < x 1,3 model < L 3 x 1,3model L 5 (2.8) (2.9) (2.10) x 1,3model 3 L 10 (2.11) Hierbij zijn x 1,2model de afstand tussen de eerste en de tweede GHM binnen een groep (de eerste GHM is de GHM die het dichtst bij het schot staat), en x 1,3mdel de laatste GHM binnen een groep (zie figuur 2.5). de afstand tussen de eerste en Figuur 2.5: Algemeen schema inbouw in een golfgoot De positie van zo n groep GHM s werd zo gekozen, dat de GHM die het dichtst bij het model stond, minstens één golflengte van het model verwijderd was. Dit om de verstoring van de golven net voor en na het model te vermijden. Bij elke golfgoot wordt de exacte waarde vermeld Golfanalyse Voor de analyse van de opgemeten golfsignalen werd het programma WaveLab (Aalborg University) gebruikt, waarbij de golfkarakteristieken zowel in het tijdsdomein als in het frequentiedomein bepaald worden. Verder is er gecontroleerd of de waarden die WaveLab aanreikte wel correct waren, door dezelfde test met een ander programma ook te verwerken (programma geschreven in LabView, door ir. Leen De Vos), wat tot dezelfde resultaten leidde. 11

28 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING Actieve absorptie Bij het genereren van golven in een golfgoot ontstaan gereflecteerde golven tegen het model, alsook getransmitteerde golven door/langs het model. De getransmitteerde golven reflecteren tegen de achterzijde van de golfgoot, en beïnvloeden op die manier de stroming doorheen het model. Een mogelijke oplossing om dit te beperken, is het achteraan inbouwen van absorberend materiaal zoals een strand of poreuze massa, of door schermen te plaatsen. In AWW werd dus voor een kiezelstrand gekozen, in WL voor schermen met een draadstructuur. De golven die gereflecteerd zijn op het model re-reflecteren vooraan in de golfgoot, en beïnvloeden op die manier de karakteristieken van de invallende golftrein. Dit kan beperkt worden door gebruik te maken van een actief-absorptiesysteem, namelijk een systeem die een actieve respons biedt op de invallende golven (in tegenstelling tot bv. een strand, wat een passief systeem is). Door de golfgenerator tegelijktertijd invallende golven te laten genereren, én gereflecteerde golven te laten absorberen, kan het schot zorgen voor de absorptie van de gereflecteerde golven, zonder de golftrein te onderbreken. Het gebruikte systeem in AWW is het AWASYS-systeem (ontwikkeld aan de universiteit van Gent). Dit systeem gebruikt twee golfhoogtemeters die op een bepaalde afstand voor het golfschot gepositioneerd zijn om de gereflecteerde golfcomponent te detecteren (in real-time), en niet-recursieve filters. Deze digitale filters zorgen voor de filtering van de verheffingen van het wateroppervlak, die gedetecteerd worden door de 2 GHM s, en leveren na superpositie een correctiesignaal dat aan het signaal van de schotuitwijking voor de invallende golftrein toegevoegd wordt. Op die manier wordt de gereflecteerde golf aan het schot geabsorbeerd. In [14] wordt hier dieper op ingegaan. De positie van beide golfhoogtemeters wordt zo gekozen dat de singulariteiten voor frequenties waarvoor k x = nπ (met k het golfgetal en n een natuurlijk getal) buiten het frequentiebereik van de golven valt. Daarvoor wordt normaalgezien geopteerd voor [14]: 0.05L < x 1,2schot < 0.45L (2.12) Ook moeten de GHM s ver genoeg van het schot geplaatst worden, opdat er geen invloed meer zou zijn van de reeks staande golven die dicht bij het schot voorkomen, en uitsterven naarmate men zich verder van het schot verwijderd. Vanaf een afstand x = 3d ( far field ) zijn deze niet meer waarneembaar. In het Waterbouwkundig Laboratorium in Borgerhout was er geen actief-absorptiesysteem beschikbaar. De gereflecteerde golven re-reflecteerden op het schot, en werden dus niet geabsorbeerd. 12

29 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING 2.2 Bepaling karakteristieken In 2.1 werd de algemene werking van een golfgoot uitgelegd, in deze paragraaf worden de te gebruiken karakteristieken van het model en de golven bepaald. Voor de schaling worden de wetten van Froude gebruikt: Lengteschaal: α l = l p l m (2.13) Hierbij is l p de lengte in prototype en l m de lengte in model. Deze lengteschaal wordt zowel in horizontale als in verticale richting aangewend. Tijdsschaal: α t = t p t m = α L (2.14) Hierin staat t p voor de tijd in prototype en t m voor de tijd in model. De gelijkvormigheidswet van Froude legt de voorwaarde vast waaraan voldaan moet zijn indien de verhouding van de inertiekrachten en de gravitatiekrachten gelijk moeten zijn voor het prototype en het model. Dit is aangewezen bij stroming met een vrij wateroppervlak, omdat de gravitatiekrachten niet enkel het gewicht omvat, maar ook alle krachten die in verband staan met oppervlaktegolfverschijnselen. In de kustwaterbouwkunde wordt dus meestal herschaald a.d.h.v. de wetten van Froude [10] Karakteristieken model Er werd nogal snel geopteerd om schaal te kiezen, naar aanleiding van de werkelijke breedte van de FO 3 -convertor (36m), en de breedte van de Kleine golfgoot AWW (35cm). Wanneer de operationele condities (H s van 0.25m tot 1.50m) herschaald werden, resulteerde dit echter in golfhoogtes kleiner dan 1cm (zie tabel 2.3), wat leidt tot grote oppervlaktespanningen. Daarom werden grotere golfhoogtes gegenereerd (overeenkomstig met stormcondities). Bij de proeven in de Grote golfgoot AWW en WL werd geopteerd om op schaal 1 50 condities beter te benaderen. te werken, om operationele Golfkarakteristieken Als referentie voor de golfkarakteristieken werden die van de boei van Westhinder genomen ([3]; zie tabel 2.1). In die tabel wordt aangetoond dat als de golfperiodes van 2.5 tot 5.5s beschouwd worden en de golfhoogtes van 0.25 tot 1.5m, dan meer dan 75% van de voorkomende golven beschouwd worden. Dit is dan ook de eerste keuze van de te onderzoeken periode en golfhoogte. 13

30 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING T m (s) H s (m) > > Tabel 2.1: Voorkomingsfrequentie Westhinder 1 In tabel 2.2 worden de herschaalde waarden van de periodes weergegeven. Dit dus op schaal 50 1 en schaal 100. Hierbij werd de waarde van T berekend als de piekperiode van een JONSWAPspectrum, waarvoor geldt dat T p = 1.3 T 0,2 met T 0,2 = T m (volgens [7]), en vervolgens gedeeld door de wortel van de lengteschaal α l (volgens vergelijking 2.14). Om de golfhoogtes H s te herschalen tot H i diende enkel gedeeld te worden door de lengteschaal α l (vergelijking 2.13). T m (s) T (m) T 1/50 (s) T 1/100 (s) Tabel 2.2: Periode Eenmaal de periode en de golfhoogte gekend, werd de bijhorende golflengte L bepaald, om zo de positie van de GHM s te kunnen bepalen. Dit aan de hand van de formule 2.15 die iteratief 14

31 HOOFDSTUK 2. PROEFOPSTELLING H s (m) H i, 1/50 (m) H i, 1/100 (m) Tabel 2.3: Golfhoogte dient opgelost te worden. L = gt 2 2π tanh(2πd L ) (2.15) waarbij d de waterdiepte is. Ter hoogte van de meetboei van Westhinder bedraagt d 28.8m. De waarden die dit opevert staan vermeld in tabel 2.4. T (s) L (m) L 1/50 (m) L 1/100 (m) Tabel 2.4: Golflengte Eens alle geschaalde golfkarakteristieken gekend, kunnen de posities en tussenafstanden van de golfhoogtemeters bepaald worden Duur van de proef De duur van een proef werd als volgt bepaald: t totaal = t set up + t generatie + t reserve (2.16) Hierin is t set up de tijd die een golf nodig heeft om naar de overzijde van de golfgoot en terug te lopen. Deze wordt dus bepaald als 2 keer de lengte van de goot gedeeld door de snelheid van de golf C = L T. De generatietijd is de tijd die nodig is om 1000 golven te genereren, dus t generatie = 1000 T en t reserve is een extra reserve van ongeveer 200s die nog bijgevoegd werd. 15

32 Hoofdstuk 3 Keuze materiaal Kleine golfgoot AWW De eerste proeven die werden uitgevoerd, waren proeven ter bepaling van het meest geschikte materiaal om energieabsorptie te simuleren. Daarvoor werden de verschillende materialen die gebruikt worden om de golf achter het schot te absorberen (hexablokken, blauwe Japanse mat,... ), beurtelings ingebouwd in de Kleine golfgoot AWW. Die verschillende materialen werden over de volledige breedte van de goot geplaatst, waarbij steeds gekeken werd naar de hoeveelheid energie die geabsorbeerd werd, alsook naar de verstoring van het wateroppervlak die het materiaal teweegbracht. 3.1 Proefopstelling Inbouw Zoals reeds eerder aangehaald, werd in de kleine golfgoot geopteerd om schaal te gebruiken. Alvorens daarmee verder te werken, werd er gecontroleerd of het wel mogelijk was om die golven te genereren. Naast de Biésel-transferfunctie (vergelijking 2.3 vermenigvuldigd met de maximale schotuitwijking S 0 om zo de hoogst mogelijke golfhoogte te bepalen) dienden ook het breken in diep en ondiep water gecontroleerd te worden. Het brekingscriterium in diep water luidt als volgt [6]: de steilheid van de golven dient kleiner te blijven dan s = H L = tanh(kd) (3.1) Het brekingscriterium in ondiep water stelt dat de verhouding van de golfhoogte op de waterdiepte niet groter mag zijn dan de theoretische brekingsindex γ b. De waarde van γ b varieert van 0.50 tot 0.78 [6], en er werd geopteerd om met de strengste waarde verder te werken: H d = γ b = 0.50 (3.2) 16

33 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW Wanneer deze drie limieten samen voorgesteld worden in fuctie van de golfperiode (figuur 3.1), kan men de maximaal mogelijke golfhoogte bepalen Golfhoogte H i (m) Periode T (s) Biésel voor d = 0.300m en S0 = 0.280m Breking in diep water Breking in ondiep water Figuur 3.1: Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d = 0.30m en S 0 = 0.28m, Kleine golfgoot AWW Zoals te zien is op figuur 3.1, wordt voor golven met een periode kleiner dan 0.9s de maximale golfhoogte bepaald door het criterium van breking in diep water. Uit formule 3.1 kan zo de bijhorende maximale golfhoogte bepaald worden. Tevens dient er ook rekening gehouden te worden met het feit dat het moeilijk is om golven met een te kleine periode of golfhoogte te genereren (dit omwille van de mechanische beperking van het schot en te grote oppervlaktespanningen), waardoor het dus moeiljk werd de beschouwde schaal te handhaven. In de Kleine golfgoot AWW werd de invloed van het materiaal op de absorptie getest. Zoals reeds 1 vermeld gebeurde dit op schaal 100. Zoals reeds aangehaald is, was het echter onmogelijk om operationele condities op die schaal te simuleren. Bijgevolg werd er geopteerd om stormcondities 1 te generenen (op schaal 100 ), i.p.v. de gebruikelijke operationele condities. Deze waarden worden vermeld in tabel 3.1. De gebruikte golfkarakteristieken in de kleine golfgoot AWW worden weergegeven in tabel 3.2. De waterdiepte d werd bij de grotere periode aangepast, om zo diep water te kunnen onderstellen ( d L groter dan 0.4). Met deze waarden werden dan de tussenafstanden van de golfhoogtemeters bepaald. 17

34 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW H (m) H 1/50 (m) H 1/100 (m) Tabel 3.1: Golfhoogte in stormcondities T (s) d (m) L (m) H i (m) Tabel 3.2: Golfkarakteristieken op schaal 1/100, Kleine golfgoot AWW In totaal werden 8 GHM s ingebouwd: 2 GHM s aan het schot (GHM 1 en GHM 2), 3 GHM s voor het model (GHM 3, GHM 4 en GHM 5, waarbij GHM 5 het dichtst bij het model staat) en 3 GHM s na het model (GHM 6, GHM 7 en GHM 8, met GHM 6 het dichtst bij het model) (cfr. figuur 2.5). De tussenafstanden binnen elke groep van 3 GHM s dienen te voldoen aan vergelijkingen 2.8, 2.9, 2.10 en De GHM s aan het schot moeten voldoen aan vergelijking De waarden, overeenkomstig met beide periodes, worden weergegeven in tabel 3.3. x 1,2schot (m) x 1,3model (m) f geg (Hz) L (m) ondergrens bovengrens ondergrens bovengrens = = f geg slaat op de opgegeven frequentie. De opgemeten frequentie zal steeds kleiner uitvallen Tabel 3.3: Grenzen op tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven frequentie, Kleine golfgoot AWW Voor het instellen van de filtercoëfficiënten voor de actieve absorptie was echter ook een low-cutoff-frequentie f LC en een high-cut-off-frequentie f HC vereist. Deze frequenties zijn de frequenties binnen een spectrum waarvoor de bijhorende energiedichtheid 10% bedraagt van de piekwaarde van het energiedichtheidsspectrum. S η (f LC ) = 0.10 S η (f p ) (3.3) S η (f HC ) = 0.10 S η (f p ) (3.4) Aangezien er echter met regelmatige golven gewerkt werd, zijn deze theoretisch onbestaande. Toch waren er waarden voor f LC en f HC vereist, want deze frequenties bakenen het gebied af 18

35 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW Tussenafstand (m) T geg = 0.66s T geg = 0.80s x 1,2schot x 1,2model x 1,3model T geg slaat op de opgegeven periode. De opgemeten periode zal steeds kleiner uitvallen Tabel 3.4: Tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven periode, Kleine golfgoot AWW waarbinnen de absorptieperformantie ongeveer gelijk moet zijn aan de eenheid. Een eerste benadering van f LC en f HC wordt dan bepaald in de veronderstelling van een JONSWAP-spectrum [6]. met en A S (f) = (2π) 4 f 5 e ( A = g 2 γ exp B (2πf) 4 (3.5) ) (f fp) 2 2σ 2 f 2 p (3.6) B = 1.25 (2πf p ) 4 (3.7) waarin γ = 3.3 ( peakedness factor voor de Noordzee) en σ = 0.07 als f < f p of σ = 0.09 als f > f p. Met behulp van dit spectrum (vergelijking 3.5) konden f LC en f HC bepaald worden. De uiteindelijke waarden van f LC en f HC werden dan bij het instellen van de filtercoëfficiënten nog aangepast, tot dus de absorptieperformantie gelijk was aan de eenheid (via trial and error ). De tussenafstanden voor de golfhoogtemeters in de kleine golfgoot werden dan (zie tabel 3.4). De positie van de beide groepen werd zo gekozen dat de GHM-groep vóór het model op één golflengte voor het model gepositioneerd staat, en de groep na het model op twee golflengtes. De gebruikte posities van de golfhoogtemeters wordt weergegeven in figuur 3.2, waarbij de afstanden uitgedrukt zijn in cm Model In de kleine golfoot AWW werden proeven uitgevoerd waarbij gezocht werd naar het meest geschikte materiaal om de energieabsorptie te modelleren. Daartoe werden 2 verschillende materialen getest: het eerste materiaal was een hexablok uit polypropyleen met honingraatstructuur (die in verschillende richtingen kon gepositioneerd worden), de tweede soort was blauwe Japanse mat, een soort synthetische kokosmatten (zie figuur 3.3). De hexabloken werden op drie verschillende manieren in de goot aangebracht: 19

36 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW De afmetingen staan in cm uitgedrukt Figuur 3.2: Inbouw Kleine golfgoot AWW, links voor opgegeven periodes T geg = 0.66s en rechts voor T geg = 0.80s 20

37 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW Figuur 3.3: Verschillende geteste materialen: Hexablok (links) en Blauwe Japanse mat (rechts) V-positie: hier vielen de invallende golven in op de honingraatstructuur, waarna die naar onder toe afgebogen werd, om vervolgens weer naar boven af te buigen. Λ-positie: het omgekeerde van de V-vorm, want de invallende golven werden eerst naar boven toe afgebogen, om vervolgens weer naar onder af te buigen. horizontale positie: de invallende golven worden hier niet in de verticale richting afgebogen, wel in horizontale richting, namelijk eerst naar rechts toe en daarna terug naar links. Deze verschillende posities zijn voorgesteld in figuur 3.4. Figuur 3.4: Verschillende posities hexablok: V-positie (links), Λ-positie (centraal) en horizontale positie (rechts) Het model uit hexablok was net een tikje breder dan 35cm, zodat het zichzelf vastklemde in de golfgoot (35cm breed). Met de Japanse mat lukte dit echter niet. Daarom werd deze in een stalen netwerk geplaatst, om zo de matten op hun plaats te houden (zie figuur 3.5). De dikte van de materialen werd volledig los van een vaste schaal gekozen. Voor een hexablok bedroeg die 30cm, omdat dit de dikte is waarin hexablokken geleverd worden. De dikte van het model uit Japanse matten werd dan ook op ongeveer 30cm ingesteld, om zo gemakkelijk te kunnen vergelijken. 21

38 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW Figuur 3.5: Blauwe Japanse matten, Kleine golfgoot AWW Duur van de proef De totale duur van de proef werd berekend zoals uitgelegd in paragraaf Dit levert dan een totale duur van de proef van 900s voor T geg = 0.66s en 1020s voor T geg = 0.80s Proevenmatrix In tabel 3.2 werden de golfkarakteristieken voor de kleine golfgoot reeds aangehaald. De proevenmatrix zelf is toegevoegd in appendix A.1 (alles voor regelmatige golven). 3.2 Resultaten Vooreerst werd er gekeken naar de hoeveelheid energie die door het model opgenomen werd. Daartoe ging men als volgt te werk: de invallende golven op het model werden opgemeten door de eerste groep GHM s (GHM 3, GHM 4 en GHM 5), de getransmitteerde golven door de tweede groep GHM s (GHM 6, GHM 7, GHM 8). Het programma WaveLab bepaalde dan de golfhoogte H m0 en de piekperiode T p (frequentiedomein), zowel voor de invallende (waarbij de gereflecteerde al weggefilterd is) als de gereflecteerde golven, en dit voor de golftrein voor het model en die na het model. Aangezien er met regelmatige golven gewerkt werd, diende de bekomen golfhoogte H m0 uit WaveLab nog gedeeld te worden door de vierkantswortel van 2 om zo de significante golfhoogte H i te bepalen, want voor een regelmatige golf met dezelfde energie-inhoud als een onregematige golf met golfhoogte H m0 geldt immers H m0 = 2 H i. Dit volgt uit de vergelijkingen van energie per oppervlakte-eenheid: de totale gemiddelde golfenergie per eenheidsoppervlakte is proportioneel met het kwadraat van de golfhoogte H rms, terwijl de energie ook kan berekend worden uit het spectrum [6]: 1 8 ρ w g H 2 rms = ρ w g m 0 (3.8) H 2 Hierin is H rms = i N de kwadratisch gemiddelde golfhoogte, met H i de individuele golfhoogte en N het aantal golven. Aangezien er gewerkt wordt met regelmatige golven, kan dit 22

39 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW H 2 uitgewerkt worden als H rms = i N H 2 N = i N = H i. De relatie tussen m 0 en H m0 wordt beschreven door H m0 = 4 m 0, dus vergelijking 3.8 kan uitgewerkt worden tot H m0 = 2 H i. De periode T p uit WaveLab werd gelijkgesteld aan de periode T van de regelmatige golven. Om WaveLab de golfhoogte en periode te laten bepalen, diende iedere proef ingelezen te worden. Naast de tussenafstanden van de GHM s, de samplefrequentie f (voor alle proeven, ook in de grote goten, werd een samplefrequentie van 40Hz gebruikt) en de waterdiepte d, was ook het aantal datapunten die vooraan en achteraan genegeerd mochten worden, vereist. Deze werden als volgt berekend [1]: ( ttotaal t generatie (t opbouw + t afbouw ) Datapunten af te knippen vooraan = 2 ( ttotaal t generatie (t opbouw + t afbouw ) Datapunten af te knippen achteraan = 2 Hierin zijn de opbouw- en afbouwtijd gelijk aan 10 resp. 30s. Bijgevolg bestond de beschouwde tijdsreeks in WaveLab enkel uit de generatietijd. + t opbouw ) f )(3.9) + t afbouw f (3.10) Eenmaal de golfhoogte en de periode gekend, kon de hoeveelheid energie bepaald worden: de invallende, de gereflecteerde, de getransmitteerde en de geabsorbeerde energie. En het was die laatste waarnaar gezocht wordt. De totale gemiddelde golfenergie per eenheidsoppervlakte wordt dus berekend zoals het linkerlid van vergelijking 3.8: E = 1 8 ρ w g H 2 (uitgedrukt in Joule/m 2 ). In tabel 3.5 wordt dit uitgewerkt voor de proeven met als model een hexablok gepositioneerd volgens V-vorm, met een opgegeven periode van 0.66s (proeven 7 tot 9 volgens appendix A.1). Eerste groep GHM s Tweede groep GHM s H geg H m0 H i T E H m0 H i T E (m) (m) (m) (s) (J/m 2 ) (m) (m) (s) (J/m 2 ) 0.03 inv (1) inv (3) refl (2) refl inv inv refl refl inv inv refl refl H geg slaat op de opgegeven golfhoogte. De opgemeten golfhoogte zal steeds kleiner uitvallen Voor de proef met H geg = 0.03m is E i aangeduid met (1), E r met (2) en E t met (3) Tabel 3.5: H i en T voor proeven met hexablok in V-vorm i.f.v. opgegeven golfhoogte voor T geg = 0.66s, Kleine golfgoot AWW 23

40 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW De geabsorbeerde energie viel dan simpelweg te bepalen uit de wet van behoud van energie: E a = E i E r E t, waarbij E a staat voor de geabsorbeerde energie, E i voor de invallende energie, E r voor de gereflecteerde en E t voor de getransmitteerde energie. Voor de proef met opgegeven golfhoogte H geg = 0.03m is E i aangeduid met (1), E r met (2) en E t met (3) in tabel 3.5. In de vervolg van deze scripte wordt er verdergewerkt met het percentage energie dat geabsorbeerd werd, berekend als het quotiënt van de geabsorbeerde energie met de invallende energie. Voor de proeven met als model een hexablok, V-vorm met een opgegeven periode van 0.66s (proeven 7 tot 9 volgens appendix A.1) werd dit dan (zie tabel 3.6). H geg E i E r E t E a E a (m) (J/m 2 ) (J/m 2 ) (J/m 2 ) (J/m 2 ) (%) Tabel 3.6: Absorptie voor proeven met hexablok in V-vorm i.f.v. opgegeven golfhoogte voor T geg = 0.66s, Kleine golfgoot AWW Zo werd voor elke positie van het hexablok, alsook voor de blauwe Japanse matten, het percentage geabsorbeerde energie bepaald, voor elk van de twee opgegeven periodes (T geg = 0.66s en T geg = 0.80s). Dit leverde dan volgende waarden (zie tabel 3.7). H geg T geg E a (%) voor hexablok E a (%) voor (m) (s) V-vorm Λ-vorm horizontaal blauwe Japanse mat Tabel 3.7: Percentage geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en absorptiemateriaal, Kleine golfgoot AWW Wat opvalt, is dat het percentage geabsorbeerde energie voor elk materiaal constant blijft per periode. Enkel het hexablok dat horizontaal gepositioneerd werd, vormt hierop een uitzondering. Een tweede opmerking is dat voor de blauwe Japanse mat, er bijna geen verschil is in hoeveelheid 24

41 HOOFDSTUK 3. KEUZE MATERIAAL KLEINE GOLFGOOT AWW geabsorbeerde energie voor de verschillende periodes. De beperkte periode-afhankelijkheid van de absorberende werking van het materiaal is positief, want om de periode-afhankelijkheid van de convertor te simuleren, kan dan eenvoudigweg een absorptiepercentage, afhankelijk van de periode, gemodelleerd worden. Vervolgens werd gekeken naar de verstoring van het golfoppervlak. Er werd op zoek gegaan naar het materiaal dat het minst aanleiding gaf tot verstoringen in het wateroppervlak. Zo werd snel het hexablok in horizontale positie verworpen, omdat dit aanleding gaf tot luchtbellen na het model (zie figuur 3.6). Figuur 3.6: Verstoring van het wateroppervlak na horizontaal gepositioneerde hexablok De verstoringen veroorzaakt door het hexablok dat anders gepositioneerd werd (V-positie of Λ-positie), vertoonden weinig onderling verschil, hoewel de Λ-positie iets meer vertoring gaf. Wanneer de verstoring veroorzaakt door het hexablok met V-positie dan vergeleken werd met die veroorzaakt door de Japanse matten (zie figuur 3.7, waarbij vergeleken werd vóór het model, aangezien na het model bijna geen golven meer voorkwamen), werd duidelijk dat de Japanse mat het minst verstoring veroorzaakte. Als ook nog rekening gehouden werd met de geabsorbeerde energie, werd snel duidelijk dat de Japanse mat het beste materiaal was om mee verder te werken. Figuur 3.7: Verstoring van het wateroppervlak voor het hexablok met V-positie (links) en voor de blauwe Japanse mat (rechts) 25

42 Hoofdstuk 4 Testen passieve absorptie Grote golfgoot AWW Vooraleer over te gaan tot testen in de grote golfgoot, werd eerst geprobeerd de golven op het einde van de golfgoot te absorberen met behulp van hexablokken. Dit omdat het inbouwen van een strand tijdrovend is, en er nog geen strand ingebouwd was (wat wel het geval was in de kleine golfgoot AWW). Zoals te zien is in tabel A.1, werden reeds in de kleine golfgoot proeven uitgevoerd zonder ingebouwd model. Dit om de reflectiecoëfficiënt C r te kunnen vergelijken met die van de grote golfgoot, om zo het verschil in graad van absorptie te kunnen bepalen. In de grote goot werd opnieuw met dezelfde periodes en golfhoogtes gewerkt als in de kleine goot, aangevuld met nog een extra periode T = 0.933s, om te controleren of de waarden, opgemeten bij de kleine periodes T = 0.66s en T = 0.80s, kunnen veralgemeend worden voor elke periode. 4.1 Proefopstelling Inbouw Voor elke periode werden dezelfde tussenafstanden gebruikt, en dit omwille van de minimale tussenafstand tussen twee golfhoogtemeters van 16cm: wanneer de tussenafstanden bepaald worden a.d.h.v. vergelijkingen 2.8 tot 2.11, dan blijkt dat x 1,2model een waarde aanneemt tussen 0.07 en 0.14m (zie tabel 4.1). Een minimale afstand van 0.16m dient echter voorzien te worden, omdat het technisch niet mogeiljk was om de GHM s dichter te plaatsen. De tussenafstand x 1,3model (die dus minstens 32cm dient te bedragen, want ( x 1,2model 0.16 ) + ( x2,3model 0.16) = x 1,3model 0.32m) voldoet voor de grootste periode T = 0.933s, en nog net voor T = 0.80s, maar niet voor de kleinste periode. Toch werd voor x 1,3model de waarde 0.36m gekozen, omdat anders x 1,2model = x 1,3model, en dit niet aangewezen leek. De positie van de beide groepen was hier minder belangrijk, aangezien er geen model was 26

43 HOOFDSTUK 4. TESTEN PASSIEVE ABSORPTIE GROTE GOLFGOOT AWW T geg L x 1,2model = L L 10 6 x 1,3 model L x 1,3model L x 1,3model 3 L (s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) Tabel 4.1: Gewenste tussenafstanden voor GHM s i.f.v. opgegeven periode met d = 0.764m, Grote golfgoot AWW ingebouwd. In principe was het zelfs voldoende om slechts één groep GHM s te voorzien. Toch werden er twee ingebouwd, om zo een eventuele daling van de golfhoogte door wrijvingsverliezen vast te stellen. De golfhoogtemeters aan het schot stonden opnieuw op ongeveer 3m van het schot, met een tussenafstand van 0.15m (deze konden nog net op 15cm van elkaar staan). In figuur 4.1 wordt de volledige opbouw getoond Duur van de proef Om de duur van de proeven te bepalen, werd opnieuw vergelijking 2.16 gebruikt. De totale duur van elke proef bleef dezelfde als bij de proeven in de kleine golfgoot, hoewel de set-uptijd ongeveer verdubbelde (want de golfgoot was dubbel zo lang), maar dan werd er een iets kleinere reserve-tijd toegevoegd. Dus de duur van de proeven was t totaal = 900s voor T = 0.66s, t totaal = 1020s voor T = 0.80s en t totaal = 1200s voor T = 0.933s Proevenmatrix Voor de periodes T = 0.66s en T = 0.80s werden opnieuw golfhoogtes van 3, 4 en 5cm gegenereerd. Voor de periode T = 0.933s werden echter golfhoogtes van 5 en 10cm gegenereerd, en dit om te zien of de kleine periodes en golfhoogtes geen extra afwijking op de resultaten hadden (aangezien de periode kleiner gekozen werd dan de aangewezen minimale periode van om en bij de 1s, en ook de golfhoogte kleiner was dan de gegenereerde golfhoogtes in het vervolg van de proeven). De proevenmatrix is toegevoegd in appendix B. Opnieuw werden enkel regelmatige golven gegenereerd. 27

44 HOOFDSTUK 4. TESTEN PASSIEVE ABSORPTIE GROTE GOLFGOOT AWW De afmetingen staan in cm uitgedrukt Figuur 4.1: Inbouw in Grote golfgoot AWW, hexablokken ingebouwd ter absorptie 28

45 HOOFDSTUK 4. TESTEN PASSIEVE ABSORPTIE GROTE GOLFGOOT AWW 4.2 Resultaten De golfhoogtes en periodes werden door WaveLab bepaald (zie hoofdstuk 3.2). De reflectiecoëfficiënt C r wordt dan bepaald als [14]: C r = H r H i (4.1) Voor een verticale ondoordringbare wand is C r = 1.0, terwijl voor een zandstrand die slechts 0.1 bedraagt. Een efficiënte manier van absorberen vereist een reflectiecoëfficiënt die niet groter is dan Uit de resultaten van de proeven blijkt dat de reflectiecoëfficiënten, opgemeten door de eerste en door de tweede groep golfhoogtemeters niet exact dezelfde waarden vertonen (zie tabel 4.2). Er wordt echter met de reflectiecoëfficiënt gerekend die opgemeten zijn door de tweede groep GHM s, aangezien die het dichtst bij de achterzijde van de goot geplaatst waren. Eerste groep GHM s Tweede groep GHM s H geg (m) T geg (s) H i (m) H r (m) C r (-) H i (m) H r (m) C r (-) Tabel 4.2: Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en groep GHM s, hexablokken ingebouwd ter absorptie, Grote golfgoot AWW Er valt dus op te merken dat de reflectiecoëfficiënten nogal aan de hoge kant liggen. Zeker wanneer er vergeleken wordt met de waarden uit de Kleine golfgoot AWW (tabel A.2), valt het op dat de reflectiecoëfficiënten toch beduidend hoger lagen in de Grote golfgoot AWW, waarbij hexablokken ter absorptie ingebouw waren. Vandaar dat er geopteerd werd om een kiezelstrand in te bouwen (zie figuur 2.2). De reflectiecoëfficiënten in de grote golfgoot, waarin achteraan een kiezelstrand werd ingebouwd, zijn merkelijk beter (zie tabel 4.3). Dit is volledig in overenstemming met de bevindingen uit de literatuur [10]. 29

46 HOOFDSTUK 4. TESTEN PASSIEVE ABSORPTIE GROTE GOLFGOOT AWW Eerste groep GHM s Tweede groep GHM s H geg (m) T geg (s) H inv (m) H refl (m) C r (-) H inv (m) H refl (m) C r (-) Tabel 4.3: Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en groep GHM s, kiezelstrand ingebouwd ter absorptie, Grote golfgoot AWW De reden dat de reflectiecoëfficiënt C r voor T = 1.103s met H = 0.08m en H = 0.10m zo hoog is voor de tweede groep GHM s, en niet voor de eerste groep GHM s, viel niet te acherhalen. 30

47 Hoofdstuk 5 Bepalen absorptiegraad Grote golfgoot AWW In hoofdstuk 3 werd beschreven hoe de materiaalkeuze voor het modelleren van het energieabsorberend effect van het fysisch schaalmodel bepaald werd. In onderhavig hoofdstuk wordt de invloed van de hoeveelheid materiaal nader bekeken. De blauwe Japanse mat werd namelijk in verschillende diktes in een aluminium frame over de volledige breedte van de golfgoot bevestigd, waarop er onderzocht werd welk een hoeveelheid er nodig was om een gelijkaardig percentage energie te absorberen als het prototype. Aangezien die hoeveelheid energie niet gekend was, werd met percentages van geabsorbeerde energie gewerkt: 25%, 50% en 75%. Eerst werd een vast model beproefd, waarna steeds een vrijheidsgraad werd toegevoegd: na het vaste model, werd het model zo ingebouwd dat het vrij kon bewegen in verticale zin, en vervolgens ook in horizontale zin. 5.1 Proefopstelling Inbouw In hoofdstuk 4 werd aangetoond dat er beter een kiezelstrand werd ingebouwd. De gebruikte afmetingen (in cm) zijn terug te vinden in figuur 5.1. Voor het bepalen van de tussenafstanden in de grote golfgoot AWW werd er volledig analoog te werk gegaan zoals beschreven in paragraaf Zoals te zien is op figuur 5.2, gold opnieuw het criterium van breking in diep water als strengste eis (voor periodes kleiner dan 1.5s), maar de bijhorende maximale waarden van H i bedragen beduidend meer dan 10cm, dus dat leverde geen problemen op. Opnieuw werd echter een ondergrens op de te genereren golven in acht genomen, namelijk dat de minimale periode van gegenereerde golven rond de 1s diende te liggen (om zeker geen problemen te verkrijgen i.v.m. 31

48 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW De afmetingen staan in cm uitgedrukt Figuur 5.1: Inbouw Grote golfgoot AWW, links voor T geg = 0.919s, centraal voor T geg = 1.103s en rechts voor T geg = 1.202s, d = 0.900m 32

49 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Golfhoogte H i (m) Periode T (s) Biésel voor d = 0.900m en S0 = 0.750m Breking in diep water Breking in ondiep water Figuur 5.2: Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d =0.900m en S 0 =0.750m, Grote golfgoot AWW de mechanische beperking op de schotbeweging). Vandaar dat de kleinste beschouwde periode 0.919s bedraagt, wat overeenkomt met een piekperiode T p van 6.5s of een gemiddelde periode 1 T m van 5s in prototype (met schaal 50 ). De kleinere gemiddelde periodes, namelijk die van 3s 1 en 4s, konden dus niet op schaal 50 gegenereeerd worden. Daarom werd er naar grotere periodes overgeschakeld: een gemiddelde periode van 6s in prototype, of dus T p = 7.8s werd op schaal s. En een periode T m van 7s in prototype, of dus T p = 9.1s werd herschaald tot 1.287s. Deze laatste periode was echter te groot om nog van diep-water-condities te kunnen spreken wanneer de waterdiepte d 0.900m bedroeg (en dit kon niet meer stijgen), vandaar dat de periode verkleind werd tot 1.202s (dan is d L = 0.40), wat overeenkomt met een piekperiode van 8.5s, of dus T m = 6.54s. T (s) d (m) L (m) H (m) Tabel 5.1: Golfkarakteristieken Grote golfgoot AWW Zoals te zien is in tabel 5.1 werd als golfhoogte 6 tot 10cm gekozen, wat overeenkomt met golven in stormconditie op schaal

50 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW De tussenafstanden van de golfhoogtemeters in de grote golfgoot AWW worden vermeld in tabel 5.2 (berekend volgens een volledig analoge redenering als voor de golfhoogtemeters in de kleine golfgoot, waarbij een minimale tussenafstand van 16cm in acht diende genomen te worden, wegens technische beperkingen). Tussenafstand (m) T geg = 0.919s T geg = 1.103s T geg = 1.202s x 1,2schot x 1,2model x 1,3model Tabel 5.2: Tussenafstanden GHM s, Grote golfgoot AWW De posititie van beide groepen GHM s werd zo gekozen dat de laatste groep GHM s minstens een golflengte voor het absorptiestrand en een golflengte na het model geplaatst werden; de voorste groep GHM s werd 2 golflengtes voor het model ingebouwd. Hierbij werden de GHM s dichtst bij het model (GHM 5 en GHM 6) op een vaste positie ondersteld, ongeacht de golfperiode. De positie van het model werd zo gekozen, omdat er ter hoogte van die positie een verticale groef in de golfgoot aanwezig was, waarin dan makkelijk het op- en neergaande model kon bevestigd worden Model De afmetingen van het model in de grote golfgoot bedroegen lengte x breedte x hoogte = 0.36 x 1.00 x 0.30m (zie figuur 5.3). Met andere woorden: het model was over de volledige breedte van de golfgoot ingebouwd (zie figuur 5.4). Figuur 5.3: Schets gebruikt model, Grote golfgoot AWW Deze configuratie werd zo gekozen om de invloed, veroorzaakt door reflectie op de wanden, zoveel als mogelijk te beperken. Het model werd op 3 verschillende manieren ingebouwd: 34

51 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Figuur 5.4: Inbouw vast model in Grote golfgoot AWW Vast model: Een eerste positie waarop het model beproefd werd, is een vast ingeklemd model, zoals te zien is op figuur 5.4. Op- en neergaand model: Vervolgens werden bewegingen in de verticale zin toegelaten. Het model kon dan glijden in de verticale groeven die zich in de wanden van de goot bevonden. Los model: Als laatste werden ook horizontale bewegingen toegelaten. Dit werd verwezenlijkt door het model d.m.v. elastieken te bevestigen. Deze laatste twee posities (op- en neergaand model en los model) zijn voorgesteld in figuur 5.5. Figuur 5.5: Inbouw op- en neergaand model (links) en los model (rechts) in Grote golfgoot AWW Duur van de proef De totale duur van de proef werd berekend zoals uitgelegd in paragraaf Dit levert dan een totale duur van de proef t totaal = 1240s voor T = 0.919s, 1420s voor T = 1.103s en 1480s voor T = 1.202s. 35

52 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Proevenmatrix De golfkarakteristieken worden vermeld in tabel 5.1; de proevenmatrix wordt aangehaald in appendix C. Hierin valt onderscheid te maken in de proeven die uitgevoerd zijn op een vast model, die op een op- en neergaand model en die op een los model. Bij de proeven op een vast model werd ook de waterdiepte d, naast de invallende golfhoogte H i en periode T gevarieerd. 5.2 Resultaten Vast model De verwerking gebeurt zoals in hoofdstuk 3.2 werd beschreven. Eerst werd voor een periode T = 0.919s de invloed van een verschillend aantal lagen absorberend materiaal bestudeerd, en dit voor de verschillende golfhoogtes H van 0.06, 0.08 en 0.10m (zie tabel 5.1). De 15 proeven die hierop uitgevoerd werden (zie appendix C.2.1), worden weergegeven in tabel 5.3 en op figuur Geabsorbeerde energie E a (%) Aantal lagen Japanse mat opgegeven golfhoogte H=0.10m opgegeven golfhoogte H=0.08m opgegeven golfhoogte H=0.06m Figuur 5.6: Geabsorbeerde energie i.f.v. het aantal lagen absorberende matten, opgegeven periode T geg = 0.919s, vast model, Grote golfgoot AWW Uit de tabel en de figuur komt duidelijk naar voor dat er een logisch verband bestaat tussen het aantal lagen absorberende matten en het percentage geabsorbeerde energie. De verschillende opgelegde golfhoogtes hebben een kleine invloed (hoe groter de golfhoogte, hoe hoger het percentage geabsorbeerde energie, zie figuur 5.7), maar de trend tussen het aantal absorberende 36

53 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Eerste groep GHM s Tweede groep GHM s Aantal H geg H i T H i T E a lagen (m) (m) (s) (m) (s) (-) Tabel 5.3: Geabsorbeerde energie i.f.v. het aantal lagen absorberende matten, voor opgegeven periode T geg = 0.919s, vast model, Grote golfgoot AWW lagen en de hoeveelheid geabsorbeerde energie blijft behouden. Op die manier kan gemakkelijk de 25%-, 50%- en 75%-waarde van energie-absorptie vastgelegd worden: 25% wordt dicht benaderd door slechts een halve mat te gebruiken ( halve mat slaat op het feit dat men de dikte van een blauwe Japanse mat (3.6cm) gehalveerd heeft; nog dunner gaan was praktisch niet mogelijk). 50% energie-absorptie wordt benaderd door één mat in het model in te bouwen, terwijl om 75% van de energie te absorberen, 3 matten noodzakelijk zijn. Vervolgens werden de proeven met 0.5, 1 en 3 matten herhaald voor de andere periodes (zie tabel 5.1), om zo de invloed van de periode te achterhalen. Dit wordt visueel voorgesteld in figuur

54 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Geabsorbeerde energie E a (%) Golfhoogte H i (m) opgegeven periode T=0.919s opgegeven periode T=1.103s opgegeven periode T=1.202s Figuur 5.7: Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgemten golfhoogte, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Er is duidelijk te zien dat hoe groter de periode wordt, hoe kleiner de hoeveelheid geabsorbeerde energie wordt Geabsorbeerde energie E a (%) Periode T (s) opgegeven golfhoogte H=0.10m opgegeven golfhoogte H=0.08m opgegeven golfhoogte H=0.06m Figuur 5.8: Geabsorbeerde energie i.f.v. opgemeten periode, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW 38

55 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Al de reeds uitgevoerde proeven worden samen voorgesteld op figuur 5.9, waarbij de gevonden tendezen duidelijk naar voor komen: hoe meer blauwe Japanse matten, hoe meer energie geabsorbeerd wordt, hoe groter de golfhoogte, hoe meer energie geabsorbeerd wordt, hoe groter de periode, hoe minder energie geabsorbeerd wordt opgegeven golfhoogte H=0.10m bij opgegeven periode T=0.919s opgegeven golfhoogte H=0.08m bij opgegeven periode T=0.919s Geabsorbeerde energie E a (%) Aantal lagen Japanse mat opgegeven golfhoogte H=0.06m bij opgegeven periode T=0.919s opgegeven golfhoogte H=0.10m bij opgegeven periode T=1.103s opgegeven golfhoogte H=0.08m bij opgegeven periode T=1.103s opgegeven golfhoogte H=0.06m bij opgegeven periode T=1.103s opgegeven golfhoogte H=0.10m bij opgegeven periode T=1.202s opgegeven golfhoogte H=0.08m bij opgegeven periode T=1.202s opgegeven golfhoogte H=0.06m bij opgegeven periode T=1.202s Figuur 5.9: Geabsorbeerde energie in functie van het aantal lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW Zowel de invloed van de golfperiode als die van de golfhoogte werd al onderzocht, enkel de invloed van de waterdiepte is nog niet gekend. Hiertoe werden proeven in 3 verschillende waterdieptes uitgevoerd, door respectievelijk d = 0.900m, d = 0.700m en d = 0.500m te onderstellen. Hiervoor werden dezelfde periodes beproefd, maar er werd geopteerd om de golfhoogtes aan te passen naar 4, 6 en 8cm modelwaarden. Dit om het effect van kleinere golfhoogtes eens te aanschouwen. Wanneer de resultaten vergeleken worden (zie tabel 5.4 en figuur 5.10), dan wordt duidelijk dat de waterdiepte slechts een beperkte invloed heeft, die echter niet eenduidig verloopt. In het merendeel van de gevallen daalt de hoeveelheid geabsorbeerde energie naarmate de waterdiepte afneemt, maar dit is echter niet steeds het geval. 39

56 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW E a (%) H geg T geg 3 lagen Japase mat 1 laag Japanse mat halve laag Japanse mat (m) (s) d = 0.900m 0.700m 0.500m 0.900m 0.700m 0.500m 0.900m 0.700m 0.500m Tabel 5.4: Geabsorbeerde energie i.f.v. Grote golfgoot AWW de opgegeven golfhoogte, periode en waterdiepte, vast model, Wat opvalt, is dat naarmate er minder absorberend materiaal gebruikt werd, de afwijking op het percentage geabsorbeerde energie per periode groter wordt, wat te verklaren valt uit het feit dat de hoeveelheid geabsorbeerde energie kleiner wordt: een bepaalde (absolute) waarde van afwijking komt sterker tot uiting bij een kleine hoeveelheid dan wanneer diezelfde afwijking op een grotere hoeveelheid geabsorbeerde energie verkregen wordt Op- en neergaand model Eenmaal het vaste model beproefd, werd het model zo aangepast dat het vrij kon bewegen in verticale zin. Daartoe werd het eerst drijvend gemaakt. De Japanse matten werden ingebouwd in een aluminium frame, dat voorgesteld is in figuur 5.3. Dit frame blijft drijven wanneer het opdrijvend vermogen van het frame gelijk is aan gewicht van het frame. Het opdrijvend vermogen wordt berekend als het ondergedompeld volume van het frame vermenigvuldigd met de dichtheid van water ρ w. Het gewicht saarentegen wordt berekend als de massa per lengte-eenheid vermenigvuldigd met de totale lengte van gebruikte aluminium staven. Dit zonder de hoekelementen mee te rekenenen, want die worden per stuk bijgeteld, op 40

57 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Geabsorbeerde energie E a (%) Waterdiepte d (m) opgegeven peridoe T=0.919s opgegeven periode T=1.103s opgegeven periode T=1.202s Figuur 5.10: Geabsorbeerde energie i.f.v. de waterdiepte, opgegeven golfhoogte H geg = 0.08m, 3 lagen absorberende matten, vast model, Grote golfgoot AWW hun beurt vermenigvuldigd met het stukgewicht. Wanneer deze vergelijking wordt opgelost, waarbij de dikte van een staaf 2.5cm bedraagt, de massa per lengte-eenheid 0.366kg/m en een hoekstuk 45 gram per stuk weegt, wordt duidelijk dat het frame 2cm boven water zal komen. Dit is echter te weinig, zeker als men in het achterhoofd houdt dat er nog Japanse matten in komen te hangen, vandaar dat er tijdens de proeven met het op- en neergaande model twee houten blokjes op de onderzijde gemonteerd werden. Op die manier was het model, opgevuld met 3 Japanse matten, tot halverwege ondergedompeld. Wanneer er minder matten in het model aanwezig waren, werden de overige matten op het model geplaatst, om zo het model tot op gelijke diepte onder te dompelen (zie figuur 5.11). Vervolgens werden opnieuw dezelfde proeven uitgevoerd als op een vast model (zie appendix C.3.1) voor een lijst van deze proeven). Enkele proeven werden niet herhaald, waarbij de waarden van geabsorbeerde energie dan lineair geëxtrapoleerd werden uit de waarden van de proeven met dezelfde periode, maar met andere golfhoogte (die waarden zijn gemarkeerd met een in tabel 5.5). Dit omdat een lineair verband vastgesteld werd uit de waarden van de proeven waarvoor wel de drie golfhoogtes beproefd werden. Wanneer de resultaten van het op- en neergaand model vergeleken worden met die van het vast model, is te zien dat de geabsorbeerde hoeveelheid energie kleiner is bij het op- en neergaande 41

58 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Figuur 5.11: Op- en neergaand model, Grote golfgoot AWW E a (%) H geg T geg 3 lagen Japase mat 1 laag Japanse mat halve laag Japanse mat (m) (s) vast op- en neer vast op- en neer vast op- en neer De waarden met een werden geëxtrapoleerd uit de proeven met dezelfde periode maar verschillende golfhoogte. Tabel 5.5: Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte, periode en beweging model, Grote golfgoot AWW model dan bij het vaste model (zie tabel 5.5 en figuur 5.12). De tendens dat de geabsorbeerde hoeveelheid energie vermindert als de periode groter of de golfhoogte kleiner wordt, blijft evenwel behouden Los model Vervolgens werd nog een vrije bewegingsrichting toegelaten: het model kon ook in de horizontale zin bewegen. Dit werd bewerkstelligd door het model met elastieken te bevestigen, zowel aan de bodem van de golfgoot als aan stalen profielen die over de golfgoot gepositioneerd werden. Figuur 5.5 toont deze inbouw. 42

59 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Geabsorbeerde energie E a (%) Periode T (s) vast model op- en neergaand model Figuur 5.12: Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven periode en toegelaten beweging van het model, opgegeven golfhoogte H geg = 0.08m, Grote golfgoot AWW Opnieuw werden dezelfde reeks proeven uitgevoerd, en de resultaten vergeleken Geabsorbeerde energie E a (%) Aantal lagen Japanse mat opgegeven golfhoogte H=0.10m opgegeven golfhoogte H=0.08m opgegeven golfhoogte H=0.06m Figuur 5.13: Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte en aantal lagen absorberend materiaal, opgegeven periode T geg = 0.919s, los model, Grote golfgoot AWW 43

60 HOOFDSTUK 5. BEPALEN ABSORPTIEGRAAD GROTE GOLFGOOT AWW Deze keer viel er geen consequente tendens tussen het aantal absorberende matten en de hoeveelheid geabsorbeerde energie op te merken. Iedere keer weken de waarden opgemten bij een opgegeven golfhoogte van 10cm af van de tendens zoals opgetekend bij het vaste model, welke ook gevolgd werd bij het op- en neergaande model (zie figuur 5.13 voor T geg = 0.919s, maar gelijkaardige tendenzen voor de andere periodes). Daarom werd besloten dat dit geen goede manier van inbouwen was, ook omdat de krachten in de elastieken op geen enkele wijze konden worden opgemeten Besluit De tendezen gevonden bij het vaste en op- en neergaande model luiden hoe meer blauwe Japanse matten, hoe meer energie geabsorbeerd wordt, hoe groter de golfhoogte, hoe meer energie geabsorbeerd wordt, hoe groter de periode, hoe minder energie geabsorbeerd wordt. Een algemene tendens i.v.m. de waterdiepte werd niet gevonden, hoewel de invloed klein was. Daarom werd die niet meer verder onderzocht. Het losse model vertoonde echter geen gelijkaardige tendenzen met de andere modellen, vandaar dat besloten werd dat de inbouw van dit model geen goede manier was. 44

61 Hoofdstuk 6 Verkennende proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL Na het modelleren van een realistische absorptie, werd het diffractieptroon achter een fysisch schaalmodel van de FO 3 -GEC bestudeerd. Daartoe werd overgeschakeld naar een bredere golfgoot, om voldoende ruimte naast het model over te houden waarlangs golven ongehinderd kunnen lopen. Op die manier kan de schaduwzone na het model bestudeerd worden. 1 Hiervoor werd schaal 100 en 1 50 op het model toegepast, waarbij de golfkarakteristieken diezelfde zijn als in de grote golfgoot AWW. De breedte van het model besloeg dan respectievelijk 0.36m en 0.72m, terwijl de breedte van de golfgoot 4.00m bedraagt. 6.1 Proefopstelling Model en proevenmatrix Als model werd opnieuw een aluminium frame ingebouwd, gedeeltelijk opgevuld met blauwe Japanse matten. Aangezien het de bedoeling was om het diffractiepatroon te bestuderen, was het belangrijk dat met een werkelijk model van de FO 3 -convertor gewerkt werd. Het model werd 1 zowel gebouwd op schaal 100 (waarbij de hoogte verdubbeld werd, omdat anders de golven over 1 het model heen slaan wanneer dit vast ingebouwd was): 0.36 x 0.36 x 0.30m, als op schaal 50 : 0.72 x 0.72 x 0.30m. De proeven die uitgevoerd zijn, vallen op te delen in 3 delen: proeven in de lege golfgoot proeven op vast model proeven op op- en neergaand model. 45

62 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Figuur 6.1: Klein model op schaal (links) en groot model op schaal 1 50 (rechts), Grote golfgoot WL Vooreerst werden proeven uitgevoerd in de lege golfgoot. Hierbij werden de relectiecoëfficiënten bepaald, alsook konden deze waarden dan gebruikt worden als referentie. Vervolgens werden proeven op de vast ingebouwde modellen uitgevoerd. Aangezien het hier niet meer mogelijk was om het model aan de wanden te bevestigen, werd het model vastgeklemd aan metalen of houten latten, die op hun beurt aan balken werden bevestigd, die op twee dwarse platen gelegd waren. Dit principe is voorgesteld in figuur 6.2. Figuur 6.2: Principe inbouw vast model, Grote golfgoot WL Het schaalmodel werd achtereenvolgens opgevuld met een halve laag, 3 en 10 lagen blauwe Japanse matten, waarbij steeds opnieuw dezelfde proeven herhaald werden. 1 Dezelfde proeven werden ook uitgevoerd op het schaalmodel 50, waarbij enkel 3 matten absorberend materiaal ingebouwd werden. Dit omdat bleek dat een halve of één enkele laag Japanse mat te weinig absorptie veroorzaakten om betrouwbare metingen te kunnen verrichten. 1 Bij de proeven op het schaalmodel 50 werden de GHM s ook op andere posities geplaatst (zowel in de breedte als in de lengte), om zo de grootte van de schaduwzone te kunnen onderzoeken. Het model op schaal 1 50 werd ook beproefd in een eerste eenvoudige park-configuratie: 2 identieke modellen werden vast na elkaar ingebouwd, waarop opnieuw dezelfde proeven als bij 1 model herhaald werden (zie figuur 6.3). 46

63 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Figuur 6.3: Inbouw 2 vaste schaalmodellen 1/50, Grote golfgoot WL 1 Ten slotte werden bij het schaalmodel 50 ook proeven op een op- en neergaand model uitgevoerd. Daartoe werden aan het model haakjes bevestigd, die rond een opgespannen kabel geschoven werden. Op die manier kon het model vrij verticaal bewegen, terwijl de horizontale beweging belemmerd werd (zie figuur 6.4). Dit naar analogie met de proeven op het op- en neergaande model in de Grote golfgoot AWW. Figuur 6.4: Inbouw op- en neergaand schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Een inbouw met nog een extra vrije bewegingsrichting (in de horizontale zin) werd nog niet beproefd, aangezien die inbouw in de Grote golfgoot AWW nog niet efficiënt gebleken was. Een overzicht van de uitgevoerde proeven is terug te vinden in appendix D Inbouw Als golfkarakterisieken voor alle proevenreeksen werden de waarden uit de Grote golfgoot AWW (tabel 5.1) overgenomen met dat verschil dat de waterdiepte d 1.000m bedraagt, en waarbij opnieuw de grootste golfhoogte werd vervangen door een kleinere golfhoogte van H = 0.04m, om zo dichter de operationele waarden te benaderen (zie tabel 6.1). Kleinere karakteristieken 1 (nl. op schaal 100 ) waren te klein (zie tabel 3.1) om nauwkeurig op te kunnen meten. Wanneer gecontroleerd wordt of deze golven gegenereerd konden worden, bleek dit geen proble- 47

64 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL men op te leveren (zie figuur 6.5). T (s) d (m) L (m) H (m) Tabel 6.1: Golfkarakteristieken Grote golfgoot WL Golfhoogte H i (m) Periode T (s) Biésel voor d = 1.000m en S0 = 0.600m Breking in diep water Breking in ondiep water Figuur 6.5: Bepalen realiseerbare golfhoogte en periode voor piston-schot met d =1.000m en S 0 =0.600m, Grote golfgoot WL In principe konden de tussenafstanden tussen de GHM s onderling dus gewoon overgenomen worden uit hoofdstuk 5 (want het verschil in waterdiepte levert maar een klein verschil op de golflengte op, omdat reeds met diep-water-condities gewerkt wordt), maar omdat het in de grote golfgoot WL nogal omslachtig was om de GHM s te verschuiven, werd er geopteerd om met vaste tussenafstanden te werken. Aangezien er geen actief absorptie-systeem aanwezig was, waren er ook geen 2 extra golfhoogtemeters aan het schot nodig. Enkel de twee groepen van 3 GHM s werden geplaatst (met benaming als volgt: GHM 1 GHM 2 GHM 3 en GHM 4 GHM 5 GHM 6). Als tussenafstanden werd er gekozen voor x 1,2model = 0.18m en x 1,3model = 0.61m. Deze waarden waren samen met de waterdiepte en de langspositie van de GHM s oorsprokelijk zo gekozen omdat de golfgoot afwisselend werd gebruikt voor de modellering van een FO 3 -convertor (deze 48

65 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL scriptie), als voor een volledig ander onderzoek. Wanneer echter geopteerd werd om de posities van de GHM s en de waterdiepte in onderling overleg vast te leggen, konden deze steeds blijven staan, voor beide proefopstellingen. x 1,3model (m) T geg (s) f (Hz) L (m) ondergrens bovengrens Tabel 6.2: Grenzen op tussenafstanden GHM s i.f.v. opgegeven periode, Grote golfgoot WL Wanneer de tussenafstanden voor de GHM s berekend werden volgens formules 2.8 t.e.m. 2.11, wordt duidelijk dat de gekozen tussenafstand x 1,3model periodes, maar niet voor de kleinste periode (zie tabel 6.2). = 0.61m voldeed voor de twee grootste De waarde van x 1,2model = 18cm kwam ongeveer overeen met de waarde horende bij de opgegeven periode T = 1.103s. Voor de andere periodes was er een afwijking van enkele centimeters. De golfhoogtemeters het dichtst bij het model (zowel voor als achter het model) stonden oorpronkelijk op ongeveer 2.40m van de achter- resp. voorzijde van het model, m.a.w. een afstand net iets groter dan de grootste golflengte (2.41m voor het model en 2.34m na het model, wat beide groter is dan de maximale golflengte L = 2.239m). Maar aangezien de positie van de golfhoogtemetergroepen variëerden naargelang de grootte van het schaalmodel (het schaalmodel 1 50 was 0.36m groter dan het schaalmodel 1 100, zodat de eerste groep GHM s vooruit geschoven diende te worden bij de inbouw van het grote schaalmodel t.o.v. het kleine schaalmodel), waarbij het ook mogelijk was dat GHM s uit de groep werden genomen, afhankelijk van de uitgevoerde proevenreeks (om het diffractiepatroon ook in de breedte en de lengte te bestuderen), kan er op dit moment geen algemene figuur gemaakt worden van de inbouw. De positie van het model werd zo dicht mogelijk bij het schot gekozen, wetende dat er nog een stelling over de goot stond net na het schot (tot ongeveer 8m van het schot). Ook dienden nog 3 GHM s voor het model ingebouwd te worden, waardoor het model zelf ingebouwd was op 1 ongeveer 12m van het schot (tot 12.21m van het schot, zowal voor het schaalmodel 50 1 het schaalmodel 100 ). als voor Zoals reeds vermeld, was achteraan in de goot in het WL geen aborptiestrand ingebouwd, maar stond er wel een opeenvolging van schermen met draadstructuur, een gedeeltelijke beschermingsdam, opnieuw schermen met draadstructuur, om af te sluiten met een golfbreker. eerste schermenwand was ingebouwd op 35.7m van het schot, en dit wordt verder aanzien als de achterzijde van de goot (nl. de plaats waar de getransmitteerde golven reflecteerden over 49 De

66 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL de volledige breedte van de goot) Duur van de proef De duur van een proef werd hier anders berekend dan in de Kleine en Grote golfgoot AWW. De oorzaak hiervan ligt bij het feit dat het tijdssignaal anders samengesteld werd (namelijk een rust-tijd, een set-up-tijd en dan de benodigde duur van een proef). Om de benodigde duur van de proef vast te stellen, werd gekeken naar proeven uit de Grote golfgoot AWW, waarbij de tijdreeks van een welbepaalde proef, ingelezen in WaveLab, steeds ingekort werd. Wanneer een totale tijd overbleef van 200s, week de de opgemeten golfhoogte H m0 voor T = 0.919s gemiddeld niet af van de waarde opgemeten wanneer de volledige tijdsreeks beschouwd werd, en tot 3% voor T = 1.202s (T geg = 1.103s heeft een tussenliggende waarde). Vandaar dat er geopteerd werd om de duur van de proeven gelijk te stellen aan 200s. Bij het opstarten van een proef werd iedere keer een druk van meer dan 100bar op het schot geplaatst, wat steeds zorgde voor ongewenste golven in de golfgoot. Daarom werd na het starten van de proef (=plaatsen van de druk) een rustperiode van 10min toegevoegd vooraleer de effectieve proef op te starten, om zo terug over stilstaand water te beschikken. Vervolgens werd een set-up-tijd van 2s toegevoegd (eigen aan de goot), met daaropvolgend de tijd die nodig is voor een golf om tot de eerste laag absorberende schermen te lopen (op 35.7m) en terug. Voor 2 (lengte goot tot scherm) T = 0.919s was dit 50s (wat berekend werd uit t tot = = 71.4 ), voor C L/T T = 1.103s 41s en voor T = 1.202s 37s. Als dan ook nog een reserve van 10s opgeteld werd, alsook de 200s benodigde duur, dan leverde dit een totale duur van 862s voor T = 0.919s, 853s voor T = 1.103s en 849s voor T = 1.202s. Omdat de duur anders bepaald werd, wordt ook de afknip van de tijdreeks vooraan en achteraan anders bepaald. Vooraan wordt zeker ( ) 40 datapunten afgeknipt (samplefrequentie van 40Hz), achteraan in principe niets. Maar wanneer het tijdssignaal beschouwd wordt, is er te zien dat vooraan meer afgeknipt moet worden, omdat de golven er enige tijd over doen om tot de positie van de golfhoogtemeters te lopen (zie figuur 6.6) en volledig te ontwikkelen. Er zijn twee mogelijke opties voor het bestuderen van de opgemeten tijdsreeks: Enerzijds kan het volledige signaal van ontwikkelde golven bestudeerd worden, namelijk de 200s die hiervoor vermeld staan. Er hoeft dan enkel vooraan een deel van de tijdsreeks afgknipt te worden, want die 200s lopen maar vanaf het moment dat de eerste gereflecteerde golven het schot terug bereiken. Anderzijds kan ook enkel dat deel van het signaal bestuurd worden, waar er nog geen ge-re-reflecteerde golven aanwezig zijn, terwijl de golven wel al volledig ontwikkeld zijn. 50

67 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Verheffing (m) Tijd (s) Figuur 6.6: Voorbeeld tijdssignaal voor H geg = 0.08m en T geg = 0.919s, GHM 1, Grote golfgoot WL Met andere woorden: vanaf het ogenblik dat er gereflecteerde golven terug op het schot invallen, wordt de beschouwde tijdsreeks stopgezet. 6.2 Resultaten van de proeven in de lege golfgoot Vooraleer een model in te bouwen, werd de golfgoot getest zonder model. Dit om de reflectiecoëfficiënten te bepalen, maar ook om een referentie te hebben wanneer er een model ingebouwd werd. De golfhoogtes die opgemeten worden wanneer een model ingebouwd is, worden namelijk vergeleken met de opgemeten golfhoogtes in een lege golfgoot, om zo de hoeveelheid geabsorbeerde energie te kunnen bepalen. Hierbij dient vermeld te worden dat vanaf dit punt de analyse enkel nog in tijdsdomein uitgevoerd wordt. Dit omdat er met regelmatige golven gewerkt wordt. Aangezien er geen actief absorptie-systeem in de golfgoot WL aanwezig was, werden de golven die achteraan op de ingebouwde schermen reflecteerden, opnieuw gereflecteerd aan het schot, en bleven die gedurende het volledige verloop van de proef in de golfgoot aanwezig. Op die manier werd de oorspronkelijke golftrein beïnvloed, en dit was niet de bedoeling. Vandaar dat enkel dat deel van de tijdreeks beschouwd wordt waarin er nog geen golven gereflecteerd zijn op het schot. De duur van dit signaal kan dan berekend worden a.d.h.v. de snelheid van een enkele golf, zoals reeds verduidelijkt werd in paragraaf

68 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Doordat er 3 golfhoogtemeters per groep ingeplant waren, kan een reflectie-analyse uitgevoerd worden. Die wordt voor twee verschillende delen van de tijdreeks uitgevoerd: enerzijds voor het deel van de tijdreeks waarin nog geen golven gereflecteerd zijn op het schot (maar waarbij de golven wel al tot ontwikkeling gekomen zijn), en anderzijds voor het deel van de tijdreeks waar de golven reeds gereflecteerd zijn op het schot (zie figuur 6.7). Op die manier kan aangetoond worden dat er een verschil zit op de reflectiecoëfficiënt, uitsluitend bepaald door de verschillende afknip van de tijdreeks. Wanneer de reflectiecoëfficiënt op ieder tijdstip bepaald wordt, komt dit ook duidelijk naar voor: op figuur 6.8 is een sprong in de refleciecoëfficiënt waar te nemen op 50s na de eerste volledig ontwikkelde golf. 50s is de tijd die nodig is voor een golf om tot aan de schermen te lopen en terug voor T geg = 0.919s (figuur 6.8 toont de invallende en gereflecteerde golfhoogte, alsook de reflectiecoëfficiënt voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s) Verheffing (m) Tijd (s) Figuur 6.7: 2 beschouwde gedeeltes van de tijdsreeks voor de reflectie-analyse, H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, GHM 4, zonder model, Grote golfgoot WL Wanneer de gemiddeldes van de reflectiecoëfficiënten bepaald worden over het beschouwde deel van het tijdssignaal, en dit voor elke groep GHM s, kan de vergelijking gemaakt worden (zie tabel 6.3). Opnieuw wordt duidelijk dat er een verschil zit op de C r -waarden, bepaald door de eerste, resp. de tweede groep GHM s (voor hetzelfde beschouwde deel van de tijdreeks). Wanneer de verschillende beschouwde delen van de tijdreeksen onderling vergeleken worden, blijkt dat de tijdreeks die loopt na het re-reflecteren van de golven op het schot, gemiddeld hogere waarden levert voor de reflectiecoëfficiënten (opnieuw worden de reflectiecoëfficiënten van de tweede groep 52

69 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Golfhoogte H (m) Reflectiecoëfficiënt (-) Tijd (s) 0.0 invallende golfhoogte gerefecteerde golfhoogte reflectiecoëfficiënt Figuur 6.8: Reflectiecoëfficiënten voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, tweede groep GHM s, zonder model, Grote golfgoot WL H geg T geg C r (-) Gedeelte tijdssignaal C r (-) Gedeelte tijdssignaal vóór eerste ge-re-reflecteerde golf na eerste ge-re-reflecteerde golf (m) (s) GHM1 2 3 GHM4 5 6 GHM1 2 3 GHM gemiddelde Tabel 6.3: Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en beschouwde deel van de tijdsreeks, zonder model, Grote golfgoot WL 53

70 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL GHM s beschouwd, zoals reeds verklaard in hoofdstuk 4.2), wat volgens de verwachting is. Bij de volgende testen wordt steeds het gedeelte van de tijdreeks voordat de eerste ontwikkelde golf re-reflecteerd op het schot, beschouwd. Dit wordt dan niet meer expliciet vermeld. Wanneer de waarden van de gereflecteerde golfhoogtes bekeken worden, valt op dat deze nooit grote waarden aannemen (zie tabel 6.4). Eerste groep GHM s Tweede groep GHM s Hr 2 Hr 2 H geg T geg H i H r C r Hi 2 H i H r C r Hi 2 (m) (s) (m) (m) (-) (-) (m) (m) (-) (-) Tabel 6.4: Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, gedeelte tijdssignaal nodig voor heen en terug lopen eerste ontwikkelde golf, zonder model, Grote golfgoot WL Wanneer het percentage geabsorbeerde energie berekend wordt, heeft die dus maar een zeer beperkte invloed. Dit wordt duideljk wanneer men de wet ven behoud van energie dimensieloos uitdrukt (vergelijking 6.1). E a = E i E r E t E i = 1 E r E i E t E i ( ) (6.1) Hierin wordt energie berekend als 1 8 ρ w g H 2, dus bij de verhoudingen van energieën zoals in vergelijking 6.1, blijft enkel de verhouding van het kwadraat van de golfhoogtes over (vergelijking 6.2). E a = 1 H2 r H 2 i H2 t H 2 i De verhouding H2 r wordt echter nooit groter dan 2% (zie tabel 6.4), zodat in de verdere verwerking de greflecteerde energie zal verwaarloosd worden. Op die manier kan het tijdssignaal Hi 2 per 54 (6.2)

71 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL golfhoogtemeter bestudeerd worden, zonder dat een reflectie-analyse noodzakelijk is. Besluit De proeven in een lege golfgoot toonden aan dat de invloed van de gereflecteerde energie minimaal is (en mag verwaarloosd worden) wanneer enkel dat deel van het tijdssignaal beschouwd wordt waarin de eesrte ontwikkelde golf naar de achterzijde van de goot loopt en terug. Dit wordt dan ook consequent toegepast bij de volgende proeven. 6.3 Resultaten van de proeven met model Wanneer een model wordt ingebouwd, kan er geen reflectie-analyse meer uitgevoerd worden. Dit omdat er reflectie op de wanden ontstaat en er op die manier dwarseffecten in de goot voorkomen. Vandaar dat in het vervolg enkel het tijdssignaal per golfhoogtemeter wordt geanalyseerd, waarbij de bekomen golfhoogtes dan vergeleken worden met de golfhoogtes uit de lege golfgoot (zie tabel 6.5). De hoeveelheid geabsorbeerde energie wordt dan bepaald als E a = 1 H2 t, Hi 2 waarbij H t de getransmitteerde golf bepaald wordt als de gemiddelde opgemeten golfhoogte wanneer een model ingebouwd is, en H i de invallende golf de gemiddelde waarde van de opgemeten golfhoogte in een lege golfgoot. H geg T geg H GHM1 H GHM2 H GHM3 H GHM4 H GHM5 H GHM6 (m) (s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) Tabel 6.5: Opgemeten golfhoogtes per GHM i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode (schaalwaarden), zonder model, Grote golfgoot WL 55

72 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL De gereflecteerde golfhoogtes zijn niet uit de opgemeten golfhoogtes gefilterd, maar aangezien deze toch slechts een zeer beperkte hoogte hebben, levert dit geen grote afwijkingen op Resultaten van de proeven op het schaalmodel 1/100 Halve laag absorberend materiaal ingebouwd De eerste reeks proeven in de golfgoot WL met een ingebouwd model, waren proeven op het 1 schaalmodel 100, opgevuld met een halve laag absorberend materiaal. De gebruikte golfkarakteristieken worden vermeld in tabel 6.1. De GHM s stonden vast ingebouwd op de aangegeven posities in figuur 6.9. Figuur 6.9: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, Grote golfgoot WL De hoeveelheid geabsorbeerde energie werd bepaald per golfhoogtemeter (enkel voor de GHM s van de tweede groep GHM s, want vóór het model werd nog geen energie geabsorbeerd). De waarden die besproken worden, zijn de gemiddeldes van de laatste drie golfhoogtemeters. Op figuur 6.10 wordt duidelijk dat dat er geen logica achter die waarden zit: voor T geg = 0.919s is de hoeveelheid geabsorbeerde energie voor elke opgegeven golfhoogte klein en benaderend constant (2%), maar dit kan niet doorgetrokken worden naar de andere periodes. Voor T geg = 1.103s wijkt de hoeveelheid geabsorbeerde energie bij een golfhoogte van H geg = 0.08m (4%) af van de waarden opgemeten bij de andere golfhoogtes (10 en 11%). Voor de grootste periode T geg = 1.202s varieert E a van 1 tot 11%. Een algemene tendens valt dus niet te acherhalen. 3 lagen absorberend materiaal ingebouwd Proeven op het schaalmodel met een halve laag absorberende matten ingebouwd, leidden niet tot een duidelijk afgelijnde tendens. Vandaar dat dezelfde reeks nogmaals herhaald werd, maar met 3 lagen absorberend materiaal ingebouwd. Ook hier wordt geen algemeen geldende tendens waargenomen (zie figuur 6.11). Bijkomend geldt dat de waarden van geabsorbeerde energie bij het model met 3 lagen absorptiemateriaal 56

73 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 12% Geabsorbeerde energie E a (%) 10% 8% 6% 4% 2% 0% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.04m opgegeven golfhoogte H=0.06m opgegeven golfhoogte H=0.08m Figuur 6.10: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met halve laag absorberende materiaal, Grote golfgoot WL 25% 20% Geabsorbeerde energie E a (%) 15% 10% 5% 0% -5% -10% -15% -20% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.04m opgegeven golfhoogte H=0.06m opgegeven golfhoogte H=0.08m Figuur 6.11: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 3 lagen absorberende materiaal, Grote golfgoot WL 57

74 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL en de waarden van geabsorbeerde energie bij het model met een halve laag absorptiemateriaal geen onderling verband vertonen: de waarden bij de kleinste periode T geg = 0.919s zijn niet meer constant, bij de periode T geg = 1.103s is een grote variatie tussen 7 en 23% waar te nemen bij de twee kleinste golfhoogtes (terwijl die benaderend constant was bij het model met een halve laag absorberend materiaal), en voor de grootste periode T geg = 1.202s is de waarde voor H geg = 0.08m negatief. Wel wordt op figuur 6.11 duidelijk dat voor opgegeven golfhoogte H geg = 0.06m de waarde benaderend constant is, wat niet het geval was bij een het model met halve laag absorberend materiaal. Een algemeen geldende tendens valt echter nog steeds niet te acherhalen. 10 lagen absorberend materiaal ingebouwd Proeven op het schaalmodel leidden niet tot een duidelijk afgelijnde tendens. schaalmodel met een halve laag of drie lagen absorberende Japanse matten, met 10 lagen absorberend materiaal ingebouwd. GHM op normale positie Vandaar dat overgeschakeld werd naar het 1 10 lagen absorberend materiaal in het schaalmodel 100 houdt in dat het volledige frame opgevuld was met blauwe Japanse matten (zie figuur 6.2 links). Als eerste reeks proeven die op dit model werd uitgevoerd, werd nogmaals dezelfde reeks beproefd als bij een halve laag en drie lagen ingebouwde absorberende matten. Bij 10 lagen absorberende matten werd er wel een tendens gevonden in de hoeveelheid geabsorbeerde energie (zie figuur 6.12): hoe groter de opgegeven golfhoogte, hoe minder energie er geabsorbeerd wordt (procentueel uitgedrukt): bv. voor periode T geg = 1.202s varieert dit van 4% voor H geg = 0.16m over 11% voor H geg = 0.08m en 15% voor H geg = 0.06m tot 18% voor H geg = 0.04m. Dit geldt voor elke beproefde periode, met als enige uitzondering de waarde van T geg = 0.919s en H geg = 0.06m: -18% (voor H geg = 0.06m) is namelijk kleiner dan -14% voor H geg = 0.08m bij dezelfde periode. Deze waargenomen tendens is tegengesteld aan de tendens die op het model in de grote golfgoot AWW werd vastgesteld: daar gold dat hoe groter de opgegeven golfhoogte was, hoe meer energie er geabsorbeerd werd. De resultaten zijn op nog andere wijze niet bevredigend: het percentage geabsorbeerde energie ligt bij T geg = 1.103s abnormaal hoog (in minder mate ook bij T geg = 1.202s). Ook geldt de tendens die gevonden werd in de grote golfgoot AWW (hoe meer lagen absorberend materiaal, hoe meer energie geabsorbeerd wordt) niet langer. Alsook de negatieve percentages moeten nog verklaard worden. 58

75 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 60% 50% Geabsorbeerde energie E a (%) 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.04m opgegeven golfhoogte H=0.06m opgegeven golfhoogte H=0.08m opgegeven golfhoogte H=0.16m Figuur 6.12: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, Grote golfgoot WL GHM m extra van het model weg geschoven Een tweede reeks proeven op het schaalmodel met 10 lagen absorberend materiaal bestond erin dat de tweede groep golfhoogtemeters (GHM 4, GHM 5 en GHM 6) 2m achteruit werd geschoven, zodat de afstand tussen het model en GHM4 vergroot werd tot 4.34m. De tussenafstanden binnen de groep golfhoogtemeters bleven behouden (zie figuur 6.13). Figuur 6.13: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Op die manier werd een eerste controle gedaan op de uitgestrektheid van de schaduwzone. Er werd namelijk vanuit gegaan dat wanneer de GHM s ver genoeg geplaatst werden (d.w.z. buiten de schaduwzone), misschien dezelfde tendenzen als in de grote golfgoot AWW teruggevonden 59

76 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL worden. Figuur 6.14 toont aan dat dit niet het geval is. 50% 40% Geabsorbeerde energie E a (%) 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.04m opgegeven golfhoogte H=0.06m opgegeven golfhoogte H=0.08m Figuur 6.14: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Nog steeds geldt dat hoe groter de opgegeven golfhoogte, hoe kleiner het percentage geabsorbeerde energie, wat in tegenstelling is met de tendens uit de grote golfgoot AWW. Dit geldt voor elke periode, zonder dat er uitzonderingen voorkomen: voor H geg = 0.04m, H geg = 0.06m en H geg = 0.08m bij een periode van T geg = 0.919s levert dit resp. 41%, 38% en 30% geabsorbeerde energie. Deze percentages zijn opnieuw erg hoog (hoewel de hoge percentages bij de vorige reeks proeven (GHM op normale positie) bekomen werden bij T geg = 1.103s, terwijl bij deze reeks proeven (GHM m achteruit geschoven) T geg = 0.919s de hoge percentages levert). Wanneer alleen de kleinste en de grootste periode beschouwd worden, geldt de tendens hoe groter de periode, hoe kleiner het percentage geabsorbeerde energie (die ook vastgesteld werd in de grote golfgot AWW), alleen vormt de opgegeven periode T geg = 1.103s hierop een uitzondering: voor H geg = 0.06m bedragen de percentages geabsorbeerde energie 38%, -13% en -1% voor resp. T geg = 0.919s, T geg = 1.103s en T geg = 1.202s. Dit zijn nog steeds geen bevredigende resultaten. Vandaar dat de tweede groep GHM s nog eens 2m extra achteruit geschoven werd. 60

77 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL GHM m extra van het model weg geschoven 1 Een volgende reeks proeven op het schaalmodel 100 met 10 lagen absorberend materiaal bestond erin dat de tweede groep golfhoogtemeters (GHM 4, GHM 5 en GHM 6) nog eens 2m extra achteruit werd geschoven, zodat de afstand tussen het model en GHM 4 vergroot werd tot 6.34m. De tussenafstanden binnen de groep golfhoogtemeters bleven behouden (zie figuur 6.15). Figuur 6.15: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/100, GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Wanneer opnieuw de hoeveelheid geabsorbeerde energie beschouwd wordt (figuur 6.16), valt op dat de waarden voo rproeven met dezelfde opgegeven periode verder uit elkaar liggen dan voorheen: voor T geg = 1.103s varieert de geabsorbeerde energie tussen -41% en -17%, wat meer dan 2 keer zo groot is. Een tweede zaak die opvalt, zijn de negatieve percentages. Enkel voor H geg = 0.04m met een periode T geg = 0.919s of T geg = 1.202s wordt nog een positieve waarde genoteerd (resp. 1% en 5%). Wanneer de algemene tendenzen i.v.m. periode en golfhoogte bestudeerd worden, valt opnieuw op te merken dat het percentage geabsorbeerde energie afneemt met stijgende golfhoogte. Over de invloed van de periode valt wederom geen eenduige tendens waar te nemen. In figuur 6.16 worden twee waarden vermeld voor T geg = 0.919s met H geg = 0.08m. Dit omdat deze proef 2 keer werd uitgevoerd. Op die manier werd gecontroleerd of identieke proeven identieke resultaten opleverden. Dit blijkt niet het geval te zijn: de eerste proef met T geg = 0.919s en H geg = 0.08m levert een absorptiepercentage van -31% op, terwijl een tweede identieke proef -23% oplevert als hoeveelheid geabsorbeerde energie. Dit doet vragen rijzen over de nauwkeurigheid van de opgemeten resultaten, vandaar dat dit nader onderzocht wordt. Op deze ene proef na (T geg = 0.919s en H geg = 0.08m met de tweede groep GHM s op 6.34m van het model) was geen enkele proef meerdere keren uitgevoerd. Om toch de standaardafwijking op de resultaten te kunnen bepalen, worden de opgemeten waarden van de eerste 3 golfhoogtemeters 61

78 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 10% Geabsorbeerde energie E a (%) 0% -10% -20% -30% -40% -50% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.04m opgegeven golfhoogte H=0.06m opgegeven golfhoogte H=0.08m Figuur 6.16: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberende materiaal, GHM m achteruit geschoven, Grote golfgoot WL beschouwd: telkens wanneer de laatste groep GHM s 2m achteruit geschoven werd, bleef de eerste groep op dezelfde positie staan, en aangezien steeds dezelfde reeks proeven uitgevoerd werd, zouden daar in principe drie keer dezelfde waarden moeten opgemeten zijn. In tabel 6.6 staan de waarden van de eerste drie golfhogotemeters vermeld, en onmiddellijk valt te zien dat deze per proef niet gelijk zijn. In Microsoft Excel wordt voor elk punt de standaardafwijking σ berekend uitgaande van de opgemeten waterverheffingen, die vervolgens wordt uitgemiddeld over een golfperiode. Dit omdat de afwijking groter is bij het passeren van een golfflank dan bij het passeren van een golfkruin of -dal [12]. De standaardafwijking wordt dan uitgezet per golfperiode, over het volledige tijdssignaal, zoals te zien op figuur 6.17 voor GHM 1. Wordt dan enkel dat deel van het tijdssignaal beschouwd dat ook verwerkt wordt in WaveLab (gedeelte van de tijdreeks waarin de eerst ontwikkelde golf heen en terug loopt; omkaderd in figuur 6.17), dan ligt voor elk van de drie golfhoogtemeters de standaaardafwijking tussen de grenzen 0.6mm en 1.4mm, met een gemiddelde standaardafwijking σ = 1mm (dezelfde waarde voor de 3 GHM s). Ook voor de andere drie golfhoogtemeters zou deze verificatie moeten uitgevoerd worden, maar op dit moment was dit nog niet mogelijk, daar tot hiertoe geen enkel signaal meerdere keren opgemeten werd. In hoofdstuk 7 was dit wel het geval, en daar wordt aangetoond dat GHM 1 62

79 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL GHM 1 GHM 2 GHM 3 H geg T geg H 2.34 H 4.34 H 6.34 H 2.34 H 4.34 H 6.34 H 2.34 H 4.34 H 6.34 (m) (s) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) H i = H 2.34 als tweede groep GHM s op 2.34m van het model staat; analoog voor H 4.34 en H 6.34 Tabel 6.6: Vergelijking opgemeten golfhoogtes i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorptiemateriaal, Grote golfgoot WL Standaardafwijking (m) Tijd (s) Figuur 6.17: Standaardafwijking voor GHM 1 voor H geg = 0.06m en T geg = 0.919s, vast schaalmodel 1/100 met 10 lagen absorberend materiaal, Grote golfgoot WL 63

80 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL t.e.m. GHM 5 dezelfde standaardafwijking hebben, terwijl GHM 6 een dubbel zo grote afwijking heeft. Wanneer het model in de grote golfgoot AWW opgevuld was met 8 lagen absorberend materiaal, bedroeg het percentage geabsorbeerde energie ongeveer 90%, ongeacht de opgegeven golfhoogte. Bij een nog groter aantal lagen bleef deze waarde zogoed als constant. Wanneer er dus een 90%-absorptiegraad geldt voor het model van 36cm, dan komt dit neer op 8.1% absorptie over de volledige breedte van 4m. Om 8.1% absorptie te halen voor een invallende golfhoogte van m (voor H geg = 0.06m en T geg = 0.919s) zou de getransmitteerde golfhoogte m moeten bedragen. Dit is slechts 2mm kleiner dan de invallende golfhoogte, dus een meetonnauwkeurigheid van 1 mm heeft onmiddellijk een grote invloed op het percentage geabsorbeerde energie. Besluit Als besluit uit voorgaande kan men stellen dat de meetnauwkeurigheid van de golfhoogtemeters te klein is om over betrouwbare reultaten te beschikken bij een model op schaal Vandaar dat overgeschakeld werd op een model op schaal Resultaten van de proeven op het schaalmodel 1/50 In wat volgt wordt steeds met 3 lagen absorberend materiaal gewerkt. Dit omdat een halve laag absorberend materiaal te lage percentages geabsorbeerde energie oplevert, en er voor 10 lagen absorberende matten geen vergelijkingsmateriaal in de grote golfgoot AWW voorhanden is. Aangezien het schaalmodel 1/50 dubbel zo groot is als schaalmodel 1/100, speelt de meetonnauwkeurgheid een iets minder prominente rol, zij het dat ze toch nog steeds een invloed heeft op de resultaten. Het schaalmodel 1/50 wordt eerst beproefd zoals het schaalmodel 1/100 beproefd werd: vast ingbouwd, waarbij de positie van de tweede groep GHM s varieert. Daaropvolgend wordt al eens een eerste eenvoudige park-configuratie beproefd door 2 modellen vast na elkaar in te bouwen. Tot slot werd ook een model dat vrij op en neer kan bewegen beproefd, om te kijken wat en ivnloed dat levert op het percentage geabsorbeerde energie. Eén vast model GHM s gepositioneerd zoals bij Voor het model op schaal 50 werd dezelfde proevenreeks gevolgd als bij het kleine model met 10 lagen absorberende matten: eerst stonden de tweede groep golfhoogtemeters op hun oorpronkelijke positie, waarna ze steeds als groep 2m opgeschoven werden, verder van het model weg. 64

81 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Hierbij dient nog vermeld te worden dat de eerste groep GHM s 36cm vooruit werd geschoven, 1 omdat het model op schaal 50 36cm groter was dan het model op schaal 1 100, en de achterzijde van het grote model op dezelfde hoogte werd ingebouwd als de achterzijde van het kleine model. Op die manier werd dezelfde tussenafstand tussen GHM s en model behouden (zie figuur 6.18). Figuur 6.18: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM4 5 6 op normale positie / GHM m extra achteruit geschoven / GHM m extra achteruit geschoven, Grote golfgoot WL Wanneer de bekomen reultaten samen in één tabel geplaatst worden, kan gemakkelijk de vergelijking onderling tussen de verschillende proevenreeksen gemaakt worden (zie tabel 6.7). H geg T geg E a, 2.34 E a, 4.34 E a, 6.34 (m) (s) (%) (%) (%) E a = E abs, 2.34 als tweede groep GHM s op 2.34m van het model staat; analoog voor E a, 4.34 en E a, Tabel 6.7: Gemiddelde geabsorbeerde energie in functie van opgegeven golfhoogte, periode en afstand tussen model en tweede groep GHM s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Voor elke periode, ongeacht de afstand tussen het model en de tweede groep GHM s, daalde het percentage geabsorbeerde energie met toenemende golfhoogte. Voorbeelden hiervan zijn bv. 65

82 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 24%, 20% en 11% voor resp. H geg = 0.04m, H geg = 0.06m en H geg = 0.08m voor T geg = 1.103s met een afstand tussen model en GHM 4 van 2.34m; of bv. ook 33%, 25% en 8% voor resp. H geg = 0.04m, H geg = 0.06m en H geg = 0.08m voor T geg = 0.919s met een afstand tussen model en GHM 4 van 4.34m. De enige uitzondering hierop is T geg = 0.919s met kleinste tussenafstand (gaande van 14% bij H geg = 0.04m tot 21% bij H geg = 0.08m). Wanneer de resultaten voor een bepaalde golfhoogte H geg en periode T geg vergeleken worden, kan er weinig geconcludeerd worden. Ook wanneer resultaten voor een welbepaalde tussenafstand vergeleken worden, valt er geen algemeen besluit te trekken. Wel kan gesteld worden dat voor tussenafstand 4.34m er een dalende trend in percentage geabsorbeerde energie is met toenemende periode (voor H geg = 0.04m loopt het hoeveelheid geabsorbeerde energie van 33% over 11% naar 2% voor opgegeven periodes gelijk aan 0.919s, resp s en 1.202s). Voor een tussenafstand van 6.34m is dit net het omgekeerde (maar alle waarden blijven negatief), en voor een tussenafstand van 2.34 valt er geen tendens waar te nemen. Deze resultaten zijn nog steeds niet echt bevredigend. Daarom werd er geopteerd om de GHM s anders in te bouwen. GHM 4 onmiddellijk na het model De vernieuwde configuratie bestond erin om de golfhoogtemeters op hun oorspronkelijke positie terug te plaatsen, behalve GHM 4. Die werd namelijk onmiddellijk na het model ingebouwd (5cm tussenafstand). Hiertoe werd het model 36cm vooruit geschoven, alsook de eerste 3 GHM s, omdat anders de vierde golfhoogtemeter niet tussen het model en de dwarsplank kon geschoven worden (zoals te zien is figuur 6.2, links). De gebruikte configuratie is te zien op figuur 6.19, de inbouw van de vierde golfhoogtemeter wordt getoond in figuur 6.20 (waarbij de golfhoogtemeter omcirkeld is). Figuur 6.19: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM 4 dicht geschoven, Grote golfgoot WL Bij het bekijken van de geabsorbeerde energie per golfhoogtemeter valt op dat het percentage, opgemeten door GHM 4, doorgaans groter is dan de waardes opgemeten door GHM 5 en GHM 6, en steeds positief (deze waarden worden weergegeven in tabel 6.8). Dit valt te verklaren doordat 66

83 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Figuur 6.20: Inbouwde GHM 4 t.h.v. vast schaalmodel 1/50, GHM 4 dicht geschoven, Grote golfgoot WL de vierde GHM zo dicht achter het model staat, en dus zeker nog in de schaduwzone van het model valt. H geg T geg E a, GHM4 E a, GHM5 E a, GHM6 (m) (s) (%) (%) (%) Tabel 6.8: Geabsorbeerde energie in.f.v. opgegeven golfhoogte, periode en tussenafstand model tweede groep GHM s, GHM 4 op 5cm van model, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL In tabel 6.8 worden de waarden van de geabsorbeerde hoeveelheid energie per GHM getabelleerd, en wordt er geen gemiddelde meer genomen over de drie golfhoogtemeters, zoals hiervoor steeds gedaan werd. Dit omdat de GHM s te ver uit elkaar staan om als één groep beschouwd te worden. Zo wordt duidelijk dat hoe verder de golfhoogtemeter geplaatst is, hoe lager de hoeveelheid 67

84 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL geabsorbeerde energie. Voor GHM 4 geldt dat T geg = 1.103s steeds de grootste waarden levert, terwijl voor GHM 5 en GHM 6 dit bereikt wordt bij T geg = 0.919s. Er kan dus geen algemene uitspraak gedaan worden over de invloed van de periode. Wanneer de invloed van de periodes voor elke golfhoogtemeter apart beschouwd wordt, zijn volgende zaken op te merken: bij GHM 4 is er steeds een piekvorm (met maximum bij T geg = 1.103s), terwijl bij GHM 6 de piekvorm net een minimum (dat steeds negatief is) bereikt bij T geg = 1.103s. Voor GHM 5 geldt dat de hoeveelheid geabsorbeerde energie daalt met stijgende periode. De invloed van de golfhoogte is niet eenduidig bepaald, ook niet als de GHM s apart beschouwd worden: enkel bij GHM 5 wordt het grootste percentage geabsorbeerde energie voor elke periode bij H geg = 0.04m bereikt. Voor de andere periodes valt er helemaal geen logica te achterhalen. Dus wederom zijn de resultaten nog niet eenduidig genoeg. Daarom worden opnieuw de positie van de GHM s aangepast. GHM op gelijke langspositie in de golfgoot Tot nu toe werden de GHM s steeds centraal in de goot ingebouwd, waarbij onbewust verondersteld wordt dat de geregistreerde hoeveelheid geabsorbeerde energie voor de volledige breedte van de golfgoot geldt. Dit is echter niet het geval: men zou verwachten dat er in het verlengde van het model meer energie geabsorbeerd wordt dan naast het model, hoewel aan de randen van de golfgoot er een invloed zal zijn door de reflecties op de wanden. Vandaar dat de GHM s nu eens over de breedte van de goot verdeeld worden, om te kijken of dit inderdaad zo is. Een voorstelling van deze nieuwe opstelling wordt gegeven in figuur Hierbij staan GHM 4, GHM 5 en GHM 6 ingebouwd t.h.v. de oorspronkelijke positie van GHM 4. Figuur 6.21: Bovenaanzicht t.h.v. model, GHM 4, GHM 5 en GHM 6 op 2.34m van het vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Opnieuw werd de gemiddelde waarde van de geabsorbeerde energie berekend voor GHM 4, GHM 5 en GHM 6, maar ditmaal met dezelfde langspositie. Deze waarden worden weergegeven in tabel

85 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL E a, 2.34 E a, 4.34 E a, 6.34 H geg T geg GHM 5 gemiddeld GHM 5 gemiddeld GHM 5 gemiddeld (m) (s) (%) (%) (%) (%) (%) (%) E a = E a, gemiddelde als 2 de groep GHM s op 2.34m van het model staat; analoog voor E a, 4.34 en E a, Tabel 6.9: Geabsorbeerde energie i.f.v. de opgegeven golfhoogte, periode en afstand tussen model en tweede groep GHM s, GHM 4 GHM 5 GHM 6 op 1 rij, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Wanneer deze waarden vergeleken worden met de waarden van GHM 5 apart, valt onmiddellijk op dat een kleine (negatieve) waarde, geregistreerd bij GHM 5, groter is als het gemiddelde van de drie GHM4s genomen wordt. Ook het omgekeerde is geldig: wanneer GHM 5 een grote waarde geregistreerd heeft, zal de gemiddelde waarde kleiner zijn. De gemiddelde hoeveelheid geabsorbeerde energie bij de proeven met een tussenafstand van 4.34m zijn redelijk constant, en verschillen niet veel van 0 (rond 2%). M.a.w. gemiddeld gezien wordt er weinig energie opgenomen. Ook bij de proeven met een tussenafstand van 6.34 liggen de waarden van de gemiddelde hoeveelheid geabsorbeerde energie niet te hoog (rond 6%). Deze waarden liggen meer in de lijn van de te verwachten hoeveelheid geabsorbeerde energie, wanneer die geëxtrapoleerd wordt uit de proeven in de grote golfgoot AWW: de gemiddelde absorptiegraad voor 3 lagen absorptiemateriaal in de grote golfgoot AWW bedroeg 42% (uitgemiddeld over elke golfhoogte en periode). Wanneer dit herschaald wordt naar een model van slechts 0.72m (i.p.v. 1.00m) in een goot van 4.00m (i.p.v. een goot van 1.00m breed), dan levert dit een herschaalde hoeveelheid energie van = 7.56%. De proeven met de GHM s op de oorpronkelijke positie van GHM 4 (tussenafstand 2.34m) benaderen die waarde sterk, alleen zit er meer spreiding op: de gemiddelde absorptiegraad (uitgemiddeld over elke periode en golfhoogte) ligt op 7%, maar er werden uitschieters van 69

86 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 25% (voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s) en -8% (voor H geg = 0.08m en T geg = 1.103s) waargenomen. Overzicht Als al deze waarden (opgegemeten bij de proeven op het vast schaalmodel 1/50, met 3 lagen absorberend materiaal) per opgegeven golfhoogte en periode voorgesteld worden op één figuur, wordt zo een overzicht gemaakt, en kan nogmaals gecontroleerd worden op geldende trends. Figuur 6.22 en figuur 6.23 tonen het overzicht voor resp. H geg = 0.04m in combinetaie met T geg = 0.919s en H geg = 0.06m met T geg = 1.103s. Wanneer bepaalde waarden meerdere keren opgemeten zijn, worden de gemiddeldes van die waarden vermeld. 2 Positie in de dwarsrichting (m) Positie in de langsrichting (m) Figuur 6.22: Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL De trends die op figuur 6.22 te zien zijn voor H geg = 0.04m en T geg = 0.919s gelden voor elke golfhoogte bij die periode: bij de golfhoogtemeters op 1m van de centrale as van de golfgoot, levert de GHM op 4.34m van het model steeds de grootste waarde (en niet die op 2.34m of 6.34m tussenafstand), terwijl dat op de central as zelf net het omgekeerde is. Wanneer de waarden die bij een welbepaalde langspositie horen bestudeerd worden, valt op dat de opgemeten golfhoogtes op 1m van de centrale as nooit dezelfde waarden vertonen, wat geldt voor elke periode en elke golfhoogte (de waarde opgemeten door GHM 6 is steeds de grootste). Bij de GHM s binnen een groep levert de laatste steeds de grootste waarde, die opnieuw opgemeten werd door GHM 6. 70

87 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Een mogelijk verklaring hiervan ligt misschien aan het feit dat GHM 6 minder nauwkeurig opmat dan de andere GHM s. 2 Positie in de dwarsrichting (m) Positie in de langsrichting (m) Figuur 6.23: Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.06m en T geg = 1.103s, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Voor de trends die op figuur 6.23 te zien zijn voor H geg = 0.06m en T geg = 1.103s, kan opnieuw geponeerd worden dat die gelden voor elke golfhoogte bij die periode, behalve dan de tendens die geldt binnen een GHM-groep. Die variëren naargelang de opgegeven periode, zonder dat er een algemene logica te achterhalen valt. Opnieuw geldt dat de trend voor de GHM s op de centrale as (voor verschillende tussenafstand tot het model) omgekeerd is aan die van de GHM s op een meter van de entrale as: Op 1m van de centrale as daalt de opgemeten golfhoogte met toenemende tussenafstand, terwijl op de as van het model dit toeneemt met toenemende tussenafstand. Ook voor T geg = 1.202s zit er een verschil op tendens op de centrale as en ernaast. Op 1m van de centrale as neemt de opgemeten golfhoogte af met toenemende tussenafstand tot het model (zoals bij periode T geg = 1.103s), maar in het verlengde van het model valt een piekvorm waar te nemen: de hoogste opgemeten golfhoogte bevindt zich steeds op een tussenafstand van 4.34m van het model. 71

88 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Twee vaste modellen De volgende stap was een tweede model in te bouwen, om zo de invloed van het eerste model op het tweede te achterhalen. Een FO 3 -convertor zal namelijk steeds in een park-configuratie voorkomen, en de ene convertor zal dus de andere beïnvloeden. Een schema van de inbouw is te vinden in figuur Hierbij geldt dat de groep golfhoogtemeters tussen de twee modellen vast bleef staan, en het tweede model werd zo ingebouwd dat de tussenafstanden van model tot GHM s dezelfde waren als bij het eerste model. Figuur 6.24: Bovenaanzicht t.h.v. twee modellen, 2 keer vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL De geabsorbeerde energie wordt in 2 stappen bepaald: vooreerst werden de golfhoogtes opgemeten voor en na het eerste model, vervolgens werden de golfhoogtes voor en na het tweede model opgemeten. Dit doordat er slechts 6 golfhoogtemeters beschikbaar waren. De hoeveelheid geabsorbeerde energie na model 1 en vóór model 2 is zoals te verwachten valt benaderend gelijk (zie tabel 6.10). Wanneer het gemiddelde van de waarden geabsorbeerde energie na het eerste model genomen wordt, per golfhoogte en per periode, of het gemiddelde van de waarden geabsorbeerde energie voor het tweede model, en dit dan vergeleken wordt met de gemiddelde waarde opgemeten na het tweede model, dan wordt duidelijk dat de waarde na het tweede model niet noodzakelijk groter is dan de waarde opgemeten na één model. Dit is namelijk niet het geval bij periode T geg = 0.919s, hoewel bij de periodes T geg = 1.103s en T geg = 1.20s wel zo is, wat in de lijn van de verwachting ligt (hoe meer modellen ingebouwd, hoe meer energie geabsorbeerd wordt). Op- en neergaand model Bij laatste reeks proeven op het grote model werd de beweging in verticale zin toegelaten. Daartoe werd het model opnieuw drijvend gemaakt. Dit werd bewerkstelligd door opdrijvend materiaal aan de onderzijde van het model te bevestigen. Verschillende materialen werden uitgetest, maar al snel bleek dat gewone houten planken de beste oplossing waren. Wel diende er voor gezorgd te worden dat er openingen in de onderzijde aanwezig waren, anders was het model absoluut niet stabiel. Zelfs met de openingen was het geen sinecure om het model uit te 72

89 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL H geg T geg E abs (%) voor 2 de model E abs (%) (m) (s) na 1 ste model voor 2 de model gemiddelde na 2 de model Tabel 6.10: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v opgegeven golfhoogte en periode, 2 keer vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL balanceren. De meest praktische oplossing was om de absorberende matten zo centraal mogelijk te plaatsen, hoewel op die manier niet volledig dezelfde configuratie bekomen werd als bij een vast model (want daar waren de matten steeds vooraan bevestigd). Daarom werd het model met de absorberende matten die centraal geplaatst werden, ook opnieuw beproefd met vaste inbouw. Om enkel verticale beweging toe te laten, werden 4 kabels gespannen tussen de bodem van de golfgoot en de constructie die op de goot gebouwd was om het vaste model aan te bevestigen. Hiertoe werd onderaan in de goot een groot gewicht geplaatst op de plank waaraan de kabels verbonden waren. Dit is te zien op de figuur 6.4: het te beproeven model wordt afgebeeld (schaalmodel 1/50), waarop 2 rozen aangebracht werden. Die dienden als referentie bij het verwerken van de beelden die opgenomen werden tijdens de proeven. Zo kon het beweginspatroon vastgelegd worden. Dit gebeurde door de geregistreerde beelden in de lezen in een programma, geschreven in LabView door T. Versluys (Universiteiet Gent)). Dit beeldherkenningsprogramma vergeleek de beweging van de roos die bevestigd werd op het bewegende model met de roos die als vaste referentie diende. Wanneer de beweging bestudeerd wordt (zie figuur 6.25), dan wordt duidelijk dat wanneer het model omhoog gestuwd wordt (golfkruin), het model ook mee naar achter toe geduwd wordt. Wanneer een golfdal optreedt, is dit net het omgekeerde. M.a.w. het model volgt de beweging van het wateroppervlak, en blijft dus drijven. 73

90 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Verplaatsing in y-richting (cm) Verplaatsing in x-richting (cm) Figuur 6.25: Beweging van het op- en neergaand schaalmodel 1/50, H geg = 0.08m en T geg = 1.202s, Grote golfgoot WL Vervolgens werd de hoeveelheid geabsorbeerde energie bestudeerd. H geg T geg H centraal H normaal (-) (m) (s) GHM1 GHM2 GHM3 GHM4 GHM5 GHM6 gemiddelde gemiddelde Tabel 6.11: Verhouding opgemeten golfhoogte H centraal bij model met centrale matten tot opgemeten golfhoogte H normaal bij model met matten vooraan i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Vooreerst werd er gekeken naar het verschil in opgemeten golfhoogtes als de absorberende matten niet vooraan maar centraal in het model ingebouwd waren. Wanneer de verhouding van beide genomen wordt, voor elk van de golfhoogtemeters, valt op dat er hier en daar een behoorlijk verschil optreedt, maar wanneer uitgemiddeld wordt over alle periodes en golfhoogtes, verdwijnt 74

91 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL dit verschil (zie tabel 6.11). De kleinste periode T geg = 0.919s levert de meest aansluitende resultaten op. Voor periode T geg = 1.103s is de opgemeten golfhoogte stelselmatig kleiner bij het model met centraal ingebouwd absorberende matten, terwijl dit bij periode T geg = 1.202s net het omgekeerde is. Vervolgens werd de verticale beweging van het model toegestaan door het te bevestigen aan de kabels. Wanneer dan de hoeveelheid geabsorbeerde energie van dit model vergeleken werd met de hoeveelheid geabsorberde energie voor hetzelfde model dat vast ingebouwd werd (tabel 6.12), valt op te merken dat voor T geg = 0.919s de hoeveelheid geabsorbeerde energie kleiner is bij het op- en neergaand model (wat overeenkomt met de bevindingen in de grote golfgoot AWW). Voor T geg = 1.202s is dit echter net het omgekeerde, want daar neemt de hoeveelheid geabsorbeerde energie toe wanneer een vrije bewegingsrichting toegelaten wordt. Voor T geg = 1.103s valt er geen algemene uitspraak te doen, want de hoveelheid geabsorbeerde energie bij het bewegend model is eens groter, eens gelijk en eens kleiner dan bij een vast model. H geg T geg E a (%) E a (%) (m) (s) vast model (matten centraal) op- en neergaand model Tabel 6.12: Gemiddelde geabsorbeerde energie in functie van opgegeven golfhoogte en periode, vast en op- en neergaand schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Besluit De proeven op het vast schaalmodel 1/50 toonden aan dat het belangrijk is om niet alleen GHM s op de centrale as te plaatsen, maar ook over de volledige breedte van de goot te verspreiden. Verder werd ook aangetoond dat wanneer de GHM s dicht achter het model staan, die andere resultaten leverden dan wanneer die op minstens een golflengte (of meer) van het model stonden ingebouwd. 75

92 HOOFDSTUK 6. VERKENNENDE PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Wanneer twee modellen na elkaar ingebouwd worden, dient er aandacht besteed te worden aan de tussenafstand tussen beide modellen. Anders wordt de invloed van het eerste model op het tweede model teniet gedaan door randeffecten zoals refelcties op de wanden. Voor een bewegend model blijkt de inbouw met de kabels goed te werken. Het verschil op hoeveelheid geabsorbeerde energie t.o.v. het vaste model dient wel nog nader onderzocht te worden. 76

93 Hoofdstuk 7 Proeven op schaalmodel Grote golfgoot WL De proeven die beschreven zijn in hoofdstuk 6 leidden niet tot bevredigende resultaten. Daarom werd opnieuw begonnen, met het schaalmodel 1 50 maar met grotere golfhoogtes en variërende tussenafstanden tussen de golfhoogtemeters, terwijl ook de ijking meer gecontroleerd werd. Ook de afknip van de tijdsreeksen gebeurde nauwkeuriger. Bijkomend werd iedere proef twee maal uitgevoerd. Aangezien het achteruitschuiven van de GHM s geen duidelijke resultaten opleverde, werden ze deze keer vooruit geschoven, dichter naar het model toe. Ook werden de GHM s over de volledige breedte van de golfgoot verspreid, om een duidelijker beeld te krijgen van de ruimtelijke verdeling van het diffractiepatroon. Achteraf werd vergeleken met waarden uit numerieke modellen, om zo te zien of er wel een zelfde tendens betond. 7.1 Proefopstelling Oospronkelijk veranderde de proefopstelling niet ten opzichte van die beschreven in hoofdstuk 6.1, behalve dat de tussenafstanden van de golfhoogtemeters varieerden met de ingestelde periode. De tussenafstanden tussen de verschillende golfhoogtemeters werd overgenomen uit de grote golfgoot AWW, wat dus volgende waarden waren (tabel 7.1): Tussenafstand (m) T geg = 0.919s T geg = 1.103s T geg = 1.202s x 1,2model x 1,3model Tabel 7.1: Tussenafstanden GHM s i.f.v. de opgegeven periode, Grote golfgoot WL 1 Enkel het schaalmodel 50 werd nog weerhouden. Dit omdat het schaalmodel te veel te lijden 77

94 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL had onder de meetonnauwkeurigheden. Vooreerst werden twee reeksen proeven uit hoofdstuk 6 herhaald: nl. de proeven in de lege golfgoot (zie hoofdstuk 6.2) en die waarbij de GHM s in de breedte van de goot verspreid zijn (zie hoofdstuk 6.3.2). Hierbij werden de alle karakteristieken (dus ook de golfkarakteristieken) rechtstreeks overgenomen, behalve dus de tussenafstanden van de GHM s. Dit om te controleren of een nauwkeurige opvolging van ijking, in combinatie met variërende tussenafstanden, merkbare verschillen opleverden met de reedsopgemeten waarden. Vervolgens werd overgeschakeld op een nieuwe reeks golfhoogtes: H geg = 0.10m, H geg = 0.12m en H geg = 0.14m, waarbij de opgelegde periodes onveranderd bleven. De vernieuwde golfkarakterietieken worden samengevat in tabel 7.2. Deze waarden komen niet meer overeen met 1 operationele of stormcondities op schaal 50, maar zo konden wel de tendenzen achterhaald worden, zonder dat er een grote fout zit op de resultaten door meetonnaukeurigheden. T (s) d (m) L (m) H (m) Tabel 7.2: Vernieuwde golfkarakteristieken Grote golfgoot WL Aan de duur van de proeven werd niets veranderd, ook al wordt enkel dat deel van het tijdssignaal weerhouden dat nodig was voor het heen- en terug lopen van de eerste ontwikkelde golf. De volledige proevenmatrix is terug te vinden in appendix E. 7.2 Resultaten herhaalde proevenreeksen Proevenreeks in de lege golfgoot Vooreerst werden de proeven in een lege golfgoot herhaald. Hierbij werd de ijking nauwlettend in het oog gehouden, in tegenstelling tot de vorige proeven. In de grote golfgoot WL werd er namelijk vanuit gegaan dat er slechts opnieuw moet geijkt worden wanneer de golfhoogtemeters uit het water gehaald werden. Maar nu de proeven opnieuw werden uitgevoerd, en daarbij geprobeerd werd om zo veel mogelijk invloedsfactoren op onnauwkeurigheden uit te schakelen, werd ook de ijking beter gecontroleerd, en vanaf het moment dat de opgemeten waarden bij stilstaand water te veel afweken van de stilwaterstand van 1m, of te veel tussen de GHM s onderling verschilden, werd opnieuw (handmatig) geijkt. De eerste proef die zo werd uitgevoerd (H geg = 0.04m en T geg = 0.919s) werd 3 keer herhaald, om opnieuw de standaardafwijking te kunnen bepalen. Voor het beschouwde gedeelte van het tijdssignaal bleek dat de waarde van de standaardafwijking voor de eerste vijf golfhoogtemeters 78

95 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL gemiddeld 0.5 á 0.6mm bedroeg, wat kleiner is dan de 1mm die bij de vorige reeksen werd opgemeten. De standaardafwijking van GHM 6 bedroeg 2 keer zoveel: σ GHM6 = 1.4mm (zie tabel 7.3). σ (m) GHM 1 GHM 2 GHM 3 GHM 4 GHM 5 GHM 6 σ min σ gemiddelde σ max Tabel 7.3: Standaardafwijking, H geg = 0.04m en T geg = 0.919s, zonder model, Grote golfgoot WL Het tussendoor ijken van de golfhoogtemeters blijkt een positieve invloed te hebben op de meetnauwkeurigheid, waardoor de resultaten betrouwbaarder worden. Wanneer de nieuwe recflectiecoëfficiënten vergeleken worden met de resultaten uit het vorige hoofdstuk ( oospronkelijke reeks in tabel 7.4), dan valt op dat voor T geg = 1.103s en T geg = 1.202s de waarden onderling redelijk goed aansluiten (nieuwe reeks t.o.v. oude reeks), terwijl voor de kleinste periode T geg = 0.919s de waarden uit de nieuwe reeks beduidend groter zijn dan voorheen. Een mogelijke verklaring is dat de tussenafstanden bij de nieuwe reeks aangepast zijn aan de gebruikte periodes: voorheen voldeden de tussenafstanden enkel voor T geg = 1.103s en T geg = 1.202s, maar niet voor T geg = 0.919s. Wanneer de tussenafstanden aangepast worden in functie van de periode, levert dit voor de grootste twee periodes weinig invloed, maar wel voor de kleinste periode, nl. de periode waarvoor de tussenafstanden oorpsronkelijk niet in orde waren. Vandaar dat kan aangenomen worden dat de positie van de golfhoogtemeters invloed heeft op de resultaten. Om ook eens de invloed van de grotere standaardafwijking van GHM 6 te bekijken, werden de proeven met T geg = 1.202s opnieuw opgemeten, waarbij GHM 6 verwijderd werd, en GHM 3 na het model werd ingebouwd (dus tweede groep GHM s bestond uit GHM 3, GHM 4 en GHM 5). Wanneer dan alleen gekeken wordt naar de reflectiecoëfficiënten van de tweede groep GHM s (want de eerste groep komt een GHM te kort) is te zien dat die zeer goed overeenstemmen (zie tabel 7.4), nodanks de grotere standaardafwijking Proevenreeks met GHM op gelijke langspositie in de golfgoot De reeks proeven waarbij GHM 4, GHM 5 en GHM 6 op dezelfde langspositie in de goot ingebouwd zijn (zie pagina 68), werd ook opnieuw uitgevoerd, om zo te controleren of de hoeveelheid geabsorbeerde energie gelijkaardige waarden aanneemt. Om de invloed van de meetonnauwkeurigheid zo klein mogelijk te houden, werd deze reeks 2 keer herhaald, en werden de gemiddelde 79

96 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL H geg T geg C r (-) Oorspronkelijke reeks C r (-) Herhaalde reeks (m) (s) GHM1 2 3 GHM4 5 6 GHM1 2 3 GHM4 5 6 GHM GHM3 4 5 slaat op waarden opgemeten door de 2 de groep GHM s, waarbij GHM 6 vervangen werd door GHM 3 Tabel 7.4: Reflectiecoëfficiënten i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode herhaalde reeks t.o.v. oorspronkelijke reeks, zonder model, Grote golfgoot WL waarde van deze twee reeksen berekend en vergeleken met de oude waarden (zie tabel 7.5). De gemiddelde waarden van de percentages geabsorbeerde energie voor de 2 nieuwe reeksen vertonen slechts een lichte spreiding voor de verschillende golfhoogtes en periodes. Enkel bij H geg = 0.08m liggen die waarden iets verder af van het algemene gemiddelde van -6%. Wanneer de nieuwe waarden vergeleken worden met de eerder opgemeten waarden, is te zien dat er weinig overeenstemming is: voor de periode T geg = 0.919s lagen de percentages merkelijk hoger dan bij de nieuwe proeven. Voor T geg = is er een betere overeenkomst, terwijl voor T geg = 1.202s opnieuw meer verschil optreedt Besluit Door de proevenreeks in de lege golfgoot te herhalen met variërende tussenafstanden van de GHM s en een nauwkeuriger ijking, werd aangetoond dat beide tot betere en betrouwbare resultaten leiden. Vandaar dat dit in het vervolg altijd toegepast wordt. De herhaalde proevenreeks met GHM op gelijke langspositie in de golfgoot toont dat de resultaten uit de verkennende proeven feitelijk niet betrouwbaar zijn, aangezien bij de herhaling andere resultaten behaald werden. 80

97 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL H geg T geg E a (%) E a (%) (m) (s) Oorspronkelijke reeks Gemiddelde waarde 2 herhaalde reeksen Tabel 7.5: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode herhaalde reeks t.o.v. oorspronkelijke reeks, GHM 4 GHM 5 GHM 6 op 1 rij, vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL Om nog meer de onnauwkeurigheden te beperken, werden vanaf dit punt de golfkarakteristieken aangepast: de opgegeven periodes bleven gelijk, terwijl de opgegeven golfhoogtes gewijzigd werden tot H geg = 0.10m, H geg = 0.12m H geg = 0.14m. Ook werd iedere proevenreeks in het tweevoud uitgevoerd, om dan met de gemiddelde waardes van deze 2 reeksen verder te werken. Maar vooraleer over te gaan tot de resultaten van deze nieuwe proevenreeksen, wordt eerst in het algemeen de werking van proeven op een numerieke model beschreven. Dit omdat deze ook uitgevoerd werden, zodat de resultaten die opgemeten in de fysische golfgoot konden vergeleken worden met de resultaten uit de numerieke golfgoot. Op die manier kon nagegaan worden of de bekomen resultaten wel logisch waren. 7.3 Numeriek model MILDwave Er bestaan verschillende numerieke golfvoortplantingsmodellen, maar het model dat in deze scriptie gebruikt werd, is MILDwave, ontwikkeld aan de universiteit van Gent. Dit model is in staat om lineaire golven te genereren over een lichtjes hellende bodem, waarbij de verheffing van het wateroppervlak (en de snelheidspotentiaal) onmiddellijk berekend worden. Golftransformaties zoals shoaling, refractie, diffractie en reflectie worden tegelijkertijd intrinsiek gesimuleerd. 81

98 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Enkel breking kan niet gesimuleerd worden a.d.h.v. een lineaire golftheorie zoals die van Airy, welke gebruikt wordt [4]. MILDwave is gebaseerd op de mild-slope vergelijkingen van het type Radder en Dingemans. Deze gebruiken als veranderlijken de snelheidspotentiaal aan het wateroppervlak ϕ(x, y, t) en de ogenblikkelijke waterverheffing η(x, y, t), waarin (x, y) de coördinaten in het grid en t de tijd voorstellen. Voor regelmatige golven hebben deze vergelijkingen de volgende gedaante (vergelijking 7.1). waarbij η t ϕ t = B ϕ (A ϕ) = g η (7.1) A = C C g g = 1 ( ) 2k tanh(kd) 2kd 1 + sinh(2kd) B = ω2 k 2 C C g g = k ) (1 2 tanh(kd) 2kd sinh(2kd) (7.2) (7.3) Hierbij is k het golfgetal ( k = 2π ) L, ω de hoekfrequentie (ω = 2π f), C de fasesnelheid en Cg de groepssnelheid. Deze vergelijkingen worden met behulp van de methode der eindige differenties numeriek opgelost (dus zowel ruimtelijke discretisatie als tijdstapping is vereist) Methode van modelleren In MILDwave worden de golven gegenereerd d.m.v. brongeneratie, namelijk door op elk tijdstip een zeker waterverheffing toe te voegen aan de berekende waarde van de golfgeneratielijn [2]. Brongeneratie was aangewezen, aangezien sponslagen gebruikt worden als absorptiemiddel: zowel vooraan als achteraan in de goot worden voldoende dikke sponslagen voorzien zodat geen golven gereflecteerd worden (dikte van de sponslaag = 3L). Zowel de ruimtelijke discretisatie als de tijdstapping dienden zo gekozen te worden dat er zich geen instabiliteiten of inconsistenties voordeden. Daarom werd voor het ruimtelijke grid aan de empirische regel L 20 x = y L voldaan, terwijl voor tijdsstapping de meest kritieke regel 10 het Courant Friedrichs Lewy criterium is: t x C. De geometrie van de golfgoot wordt in prototypewaarden opgegeven, alsook de golfkarakteristieken. De bekomen resultaten worden dan herschaald naar modelwaarden om te kunnen ver- 82

99 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL gelijken met de waardenuit de fysische golfgoot. ***de waarden vermelden: in tabelvorm of met figuur*** De verwerking van de resultaten gebeurt volledig analoog aan de verwerking van de proeven in de fysische golfgoot. De resultaten van de proeven op het numeriek model worden dan steeds bij de overeenkomstige fysische modelproeven besproken. 7.4 Resultaten van de proeven in de lege golfgoot Vooraleer de resultaten worden besproken, dient eerst nog vermeld te worden dat het beschouwde deel van de tijdreeks gewijzigd werd: tot hiertoe werd steeds het deel van de tijdreeks beschouwd vanaf het moment dat de eerste ontwikkelde golf opgemeten wordt tot het moment dat die golf terug op het schot invalt. Dit verandert in: het beschouwde deel van de tijdreeks loopt vanaf het moment dat de eerste opgemeten golf opgemeten wordt, tot dat de golf achteraan op de schermen invalt. Aangezien het beschouwde gedeelte van het tijdssignaal dan wel erg kort wordt, wordt het nog iets verlengd, namelijk tot net voordat de gereflecteerde golf terug op de GHM zou invallen (hierbij wordt ondersteld dat de gereflecteerde golven dezelfde periode hebben als de invallende, wat zo blijkt te zijn na verwerking). De afknip zelf wordt dan zo gekozen dat het beschouwde gedeelte van het tijdssignaal steeds in een knoop start en eindigt. Dit omdat er FFT-transformaties toegepast worden: een eigenschap van FFT-transformaties is dat het beschouwde signaal periodiek veronderseld wordt, dus wanneer in een knoop afgeknipt wordt, zal steeds een naadloze overgang tussen twee opeenvolgende gelijke signalen plaatsvinden., wat dus een indiviuele afknip per proef vereist. Dit wordt voor 1 proef uitgewerkt bij wijze van voorbeeld. Voor H geg = 0.14m en T geg = 0.919s (in de lege fysische golfgoot) bedraagt de golflente L = 1.318m. De bijhorende fasesnelheid is dan C = 1.435m/s. Een golf heeft dan afstand = 39.6s nodig om een afstand van ( C ( )) = 56.85m af te leggen (14.55m is de afstand van het schot tot GHM 4). Dus op 639.6s wordt het beschouwde tijdssignaal afgebroken. In principe kan dit nog iets verder doorlopen, omdat de golf tijd nodig had om volledig tot ontwikkeling te komen, maar dit wordt niet meegerekend, zodat er zeker nog een reserve op de lengte van het tijdssignaal zit: er zullen geen gereflecteerde in de goot voorkomen, ook geen nog-niet-volledig-ontwikkelde golven. Vooraan wordt steeds visueel vastgesteld vanaf welk een moment het te beschouwen gedeelte van de tijdsreeks moet starten: vanaf het moment dat de gegenereerde golven uniform verlopen, mag het tijdssigaal starten. Dit wordt grafisch voorgesteld in figuur 7.1. Voor de andere periodes verloopt dit volledig gelijkaardig, alsook voor de numerieke proeven. Door ervoor te zorgen dat er geen gereflecteerde golven voorkomen in het beschouwde deel van de tijdreeks, zal de geregistreerde waarde van de golfhoogte niet meer samengesteld zijn uit de 83

100 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Verheffing (m) Verheffing (m) Tijd (s) Tijd (s) Figuur 7.1: Voorbeeld afknip tijdssignaal voor H geg = 0.14m en T geg = 0.919s, GHM 4, zonder model, Grote golfgoot WL invallende en de gereflecteerde golfhoogte (zoals voordien wel het geval was), maar enkel bestaan uit de invallende golfhoogte. Op die manier zal er geen fout zitten op de H i -waarden waarmee gewerkt wordt, wat de onnauwkeurigheden verder verkleint. De GHM s zijn allemaal op 1 rij gepositioneerd (7 stuks, waarbij GHM 1 het meest links staat en GHM 4 centraal), op 2.34m van de positie van het model (zie figuur 7.2). Figuur 7.2: Bovenaanzicht t.h.v. positie vast schaalmodel 1/50, 7 GHM ingebouwd op 1 langspositie, zonder model, Grote golfgoot WL Deze configuratie werd in 2 keer opgemeten, omdat slechts 5 GHM s beschikbaar waren (GHM 6 werd niet meer gebruikt). Tijdens de eerste reeks stonden de GHM s gepositioneerd zoals in paragraaf 6.3.2, namelijk 2 GHM s op 1m van de centrale as. Bij de tweede reeks werden de vijf 84

101 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL GHM s over de breedte van de goot verspreid, waarbij rekening gehouden werd met de reeds beproefde positie op 1m van de as dat er steeds een GHM op de centrale as gepositioneerd was. Wanneer de opgemeten waarden uit de fysische golfgoot vergeleken worden met die uit het numerieke model, blijkt dat de numerieke waarden steeds groter zijn dan de fysische waarden (zie figuur 7.3) Opgemeten golfhoogte (m) Dwarspositie in golfgoot (m) opgegeven golfhoogte H=0.10m, numeriek opgegeven golfhoogte H=0.10m, fysisch Figuur 7.3: Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.10m en T geg = 0.919s, zonder model, Grote golfgoot WL Een ander verschil is dat de waarden uit de numerieke goot symmetrisch zijn t.o.v. de centrale langs-as. Bij de waarden uit de fysische golfgoot is dit niet het geval: de waarden rechts in de goot (met de rug naar het schot) zijn steeds groter dan de waarden links (zie figuur 7.3). Dit werd eerder al waargenomen (zie pagina 70), en een mogelijke oorzaak die toen vermeld werd, was het gebruik van GHM 6. Maar bij de nieuwe proeven in de golfgoot (cf. hoofdstuk 7) werd GHM 6 niet meer gebruikt, dus dat kan niet de oorzaak zijn. De waarde die opgemeten wordt op de centrale as van de golfgoot is niet gelijk aan de gemiddelde waarde over de volledige breedte van de goot (zie tabel 7.6). Het gemiddelde wordt berekend als een gewogen gemiddelde: de buitenste GHM s werkten over een breedte die anderhalf keer zo groot was (0.75m) als de andere GHM s (0.50m). De grootste afwijking tussen het gemiddelde en de centrale GHM komt voor bij T geg = 1.103s, zowel voor de fysische als de numerieke 85

102 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL proeven, hoewel de numerieke proeven een grotere afwijking vertonen (ook procentueel). Wat opvalt bij de numerieke waarden, is dat de afwijking tussen de opgemeten golfhoogte bij GHM 4 en de gemiddelde waarde enkel varieert per periode, maar onafhankelijk is van de opgegeven golfhoogte. Bij de fysische waarden is dit niet het geval. H geg T geg GHM4 gemiddelde H i, fysisch model GHM4 gem afwijking GHM4 gemiddelde H i, numeriek model GHM4 gem afwijking (m) (s) (m) (m) (%) (m) (m) (m) (%) (m) Tabel 7.6: Vergelijking opgemeten golfhoogte op centrale as met gemiddelde waarde i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode (schaalwaarden uit fysische golfgoot), zonder model, Grote golfgoot WL Uit het vorige hoofdstuk is reeds gebleken dat het achteruit schuiven van de groep GHM s weinig baat had. Het vooruit schuiven daarentegen toonde wel deglijk een verschil. Vandaar dat er in het verdere verloop enkel nog proeven uitgevoerd worden waar de GHM s op hun normale positie (op 2.34m van het model) of dicht achter het model ingebouwd zijn ( dicht is op 35cm van het model). Nu is de lege golfgoot reeds beproefd met de golfhoogtemeters op hun normale positie, en in principe zouden die dus ook eens op 35cm van het model moeten gepositioneerd worden en opnieuw beproefd. Dit is echter niet gedaan, omdat er geen model aanwezig was, en er dus nergens energie kon verloren gaan, behalve dan aan de wanden. Er werd dus verondersteld dat de gemiddelde golfhoogte identiek is, ongeacht de positie in de goot. Om dit te staven werden de GHM s in de numerieke golfgoot wel dicht geplaatst, waarbij dezelfde proeven opnieuw opgemeten werden. Dit toonde aan dat er een gemiddelde afwijking was tussen de gemiddelde waarde van de GHM s op de dichte positie en die van de GHM s op normale positie van m, wat niet groter is dan de standaardafwijking van een GHM. Vandaar dat kan gesteld worden dat de gemiddelde golfhoogte niet verandert al naargelang de GHM s dicht 86

103 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL of normaal ingebouwd stonden. Besluit Eenmaal de proeven in een lege golfgoot uitgevoerd zijn, kan een model ingebouwd worden. De bijhorende resultaten kunnen dan vergeleken worden met de resultaten uit de lege golfgoot, zodat opnieuw de hoeveelheid geabsorbeerde energie kan bepaald worden. 7.5 Resultaten van de proeven met GHM s op dichte positie Wanneer een model ingebouwd is, zal er t.o.v. een lege golfgoot meer variatie op de opgemeten golfhoogtes zitten over de breedte van de goot. Vandaar dat niet 7 maar 11 GHM s in totaal op 1 langspositie gepositioneerd worden (met elk een breedte van 0.33m (of 0.50m voor de buitenste 2 GHM s) waarvoor die GHM representatief is). Dit gebeurt in 3 proevenreeksen (die opnieuw elk 2 keer werden uitgevoerd). Een overzicht van deze configuratie wordt getoond op figuur 7.4 Figuur 7.4: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, 11 GHM s ingebouwd op 0.35m van het model, Grote golfgoot WL Opnieuw wordt zowel voor de numerieke als voor de fysische proeven de golfhoogtes opgemeten, waaruit dan de hoeveelheid geabsorbeerde energie kan bepaald worden. Wanneer de opgemeten golfhoogtes onderling vergeleken werden, wordt duidelijk dat dezelfde trends gevolgd worden, zowel voor het numereieke als voor fysische model. Alleen de grootte van de waarde komt niet overeen (zie figuur 7.5 voor T geg = 0.919s). Deze vaststelling geldt voor elke periode. De opgemeten golfhoogte stijgt naarmate de afstand tot de centrale as toeneemt, hoewel er toch een plaatstelijke piek voorkomt t.h.v. de centrale as. Tegen de wanden van de goot neemt de golfhoogte terug af. Dit valt visueel voor te stellen a.d.h.v. opeenvolgende beelden van de proeven op het numerieke model (zie figuur 7.6). Vervolgens wordt de gemiddelde hoeveelheid geabsorbeerde energie bepaald. Dit zowel voor het fysische als voor het numerieke model (zie tabel 7.7). 87

104 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Opgemeten golfhoogte (m) Dwarspositie in golfgoot (m) opgegeven golfhoogte H=0.12m, numeriek opgegeven golfhoogte H=0.12m, fysisch Figuur 7.5: Overzicht opgemeten golfhoogtes voor H geg = 0.12m en T geg = 0.919s, 11 GHM s ingebouwd op 0.35m van vast schaalmodel 1/50 in combinatie met numerieke equivalent, Grote golfgoot WL Wederom geldt voor het numerieke model dat er geen variatie voorkomt afhankelijk van de opgegeven golfhoogte (de waarde 26% wordt hierbij genegeerd wegens incorrect). Ook bij de fysische proeven is dit het geval, maar hoe kleiner de periode, hoe meer hiervan afgeweken wordt. De hoeveelheden geabsorbeerde energie van het fysische model t.o.v. het numerieke model blijken niet helemaal overeen te stemmen: bij het numerieke model variëren die tussen 11 en 19%, terwijl bij het fysische model tussen 6 en 13%, m.a.w. het fysische model levert kleinere hoveelheden geabsorbeerde energie op. Figuur 7.7 toont de waarden opgemeten in de fysische golfgoot. Globaal kan men stellen dat met toenemende periode de hoeveelheid geabsorbeerde energie daalt, terwijl de hoeveelheid gabsorbeerde energie stijgt met toenemende golfhoogte (met uitzondering van de proeven met T geg = 1.103s, waar H geg = 0.10m de grootste hoeveelheid geabsorbeerde energie oplevert). Dit sluit opnieuw aan bij de reeds vastgestelde tendenzen bij de proeven in de grote goflgoot AWW. Nu de hoeveelheden geabsorbeerde energie bepaald zijn, kan ook aangetoond worden dat de keuze van de nieuwe golfhoogtes een bewuste keuze was: wanneer op de opgemeten golfhooogte een fout zit van m (de standaardafwijking), dan verandert het percentage geabsorbeerde 88

105 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Volgorde: eerst linkerkolom van boven naar beneden, daarna rechterkolom Figuur 7.6: Opeenvolgende beelden van proef H geg = 0.10m en T geg = 0.919s, vast model, numerieke simulatie van Grote golfgoot WL energie 1.5% voor H geg = 0.10m, 1.1% voor H geg = 0.12m en 1.0% voor H geg = 0.14m. Dit zijn slechts beperkte waardes, dus deze drie nieuwe golfhoogtes waren een goede keuze. Besluit Door ook numerieke simulaties uit te voeren, was er vergelijkingsmateriaal voor handen, zodat gemakkelijker kan geconcludeerd worden of de bekomen resultaten betrouwbaar zijn. Aangezien 89

106 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL H geg T geg H imet model H izonder model E a H imet model H izonder model E a (m) (s) (m) (m) (%) (m) (m) (%) De waarde 26% bij het numerieke model met H geg = 0.12m en T geg = 1.103s is incorrect Tabel 7.7: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode, GHM s op 0.35m van vast schaalmodel 1/50 in combinatie met numerieke equivalent, Grote golfgoot WL 14% 13% Geabsorbeerde energie E a (%) 12% 11% 10% 9% 8% 7% 6% 5% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.14m opgegeven golfhoogte H=0.12m opgegeven golfhoogte H=0.10m Figuur 7.7: Gemiddelde geabsorbeerde energie (fysische golfgoot), 11 GHM s op 0.35m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL 90

107 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL de opgemeten golfhoogtes in de fysische golfgoot dezelfde tendenzen volgen als in de numerieke, kan verondersteld worden dat de resultaten betrouwbaar zijn. Zeker als blijkt dat een fout (met grootte van de standaardafwijking) op de opgemeten golfhoogte slechts beperkte invloed heeft op de hoveelheid geabsorbeerde energie. De tendenzen die gevonden werden in de Grote golfgoot AWW (dalende hoeveelheid geabsorbeerde energie met stijgende periode of dalende golfhoogte) worden hier opnieuw waargenomen. 7.6 Resultaten van de proeven met GHM s op normale positie Vervolgens werden de 11 GHM s tot op 2.34m van het model verschoven (zie figuur 7.8), waarop opnieuw dezelfde fysische proeven uitgevoerd werden. De proeven in het numerieke model zijn niet herhaald, omdat reeds aangetoond werd dat de resultaten betrouwbaar zijn. Figuur 7.8: Bovenaanzicht t.h.v. vast schaalmodel 1/50, 11 GHM s ingebouwd op 2.34m van het model, Grote golfgoot WL Figuur 7.9 toont dat de opgemeten golfhoogtes gelijkaardig verlopen over de breedte van de goot, ongeacht de opgegegeven golfhoogte: rond de centrale as zijn de waarden redelijk constant (behalve bij H geg = 0.14m), gevolgd door lagere waarden op 1m van de centrale as. Daarnaast stijgen ze weer tot waarden hoger dan die rond de centrale as. De piekwaarde die opgemeten werd t.h.v. de centrale as wanneer de GHM s dicht gepositioneerd waren, is dus afgevlakt. Worden de gemiddelde waarden vergeleken (tabel 7.8), dan is te zien dat er voor T geg = 1.103s hogere golfhoogtes opgemeten worden op 2.34m van het model dan op 0.35m van het model. Voor T geg = 1.202s is dit net het omgekeerde: de waarden opgemeten op 2.34m van het model zijn steeds kleiner dan onmiddellijk na het model. De tendenzen die gevonden werden wanneer de golfhoogtemeters dicht achter het model geplaatst werden (de hoeveelheid geabsorbeerde energie daalt met toenemende periode en stijgt met toenemende golfhoogte) zijn niet meer onvoorwaardelijk geldig. Enkel de trend i.v.m. de periode valt nog waar te nemen, maar niet meer die i.v.m. de golfhoogte (zie figuur 7.10). 91

108 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL Opgemeten golfhoogte H i (m) Dwarspositie in golfgoot (m) opgegeven golfhoogte H=0.14m opgegeven golfhoogte H=0.12m opgegeven golfhoogte H=0.10m Figuur 7.9: Overzicht opgemeten golfhoogtes voor T geg = 0.919s, 11 GHM s ingebouwd op 2.34m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL H geg T geg H i, gem GHM s op 2.34m H i, gem GHM s op 0.35m verschil (m) (s) (m) (m) (m) Tabel 7.8: Gemiddelde geabsorbeerde energie i.f.v. opgegeven golfhoogte en periode en posities GHM s (fysische preoven), vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL 92

109 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL 16% 14% Geabsorbeerde energie E abs (%) 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% Opgegeven periode T geg (s) opgegeven golfhoogte H=0.14m opgegeven golfhoogte H=0.12m opgegeven golfhoogte H=0.10m Figuur 7.10: Gemiddelde geabsorbeerde energie (fysische proeven), 11GHM s op 2.34m van vast schaalmodel 1/50, Grote golfgoot WL De dalende trend in hoeveelheid geabsorbeerde energie met toenemende periode geldt ook niet onvoorwaardelijk: bij de grootste periode (T geg = 1.202s) stijgen de waarden opnieuw voor H geg = 0.10m en H geg = 0.12m. Enkel voor H geg = 0.14m blijft dit dus gelden. De stijgende trend in hoeveelheid geabsorbeerde energie met toenemende golfhoogte geldt daarentegen enkel nog voor T geg = 0.919s. Voor T geg = 1.202s is dit echter het tegenovergestelde: de grootste hoeveelheid geabsorbeerde energie wordt bereikt bij de kleinste golfhoogte. Daarom kan men stellen dat deze tendens zich niet meer voordoet wanneer de GHM s op 2.34m van het model zijn gepositioneerd Besluit De proeven waarbij de opgegeven golfhogtes variëren tussen 0.10 en 0.14m geven een duidelijk idee over de schaduwzone van het model: in de schaduwzone worden delzefde tendenzen waargenomen zoals die reeds eerder bepaald werden in de Grote golfgoot AWW: de hoeveelheid geabsorbeerde energie daalt wanneer de periode afneemt, de hoeveelheid geabsorbeerde energie stijgt naarmate de de golfhoogte stijgt. Dat deze tendenzen opnieuw teruggevonden worden, valt te verklaren uit het feit dat in de Grote golfgoot AWW het model over de volledige breedte van de goot ingebouwd was, en er dus geen 93

110 HOOFDSTUK 7. PROEVEN OP SCHAALMODEL GROTE GOLFGOOT WL golven naast het model konden transmitteren om zo de golven die door het model getransmitteerd zijn te beïnvloeden. In de Grote golfgoot WL was dit wel mogelijk, maar slechts op een bepaalde afstand van het model. Onmiddellijk na het model was die invloed slechts beperkt, en werden dus dezelfde tendenzen teruggevonden. Hoe verder van het model hoe minder dit geldt. Dan beïnvloeden de golven die gereflecteerd zijn op de wand de golftrein, en kunnen geen eenduidige tendenzen meer waargenomen worden. Het diffractiepatroon kon dus enkel onderzocht worden wanneer dit nog niet het gewal was. Vandaar dat er geen waarden meer opgemeten werden op een grote afstand van het model (zie ook figuur 7.6). Wanneer dan de resultaten bekeken worden over de breedte van de goot, kan het diffractiepatroon waargenomen worden: In de directe nabijheid van het model wordt centraal een piekje waargenomen in de opgemeten golfhoogtes. Hoe verder van het model verwijderd, hoe meer dit piekje uitvlakt, om uiteindelijk te verdwijnen. In de directe nabijheid van het model worden de grootste golven opgemeten niet onmiddellijk naast het model, maar op 1m van de zijkant van het model. Wanneer 2m verder in de golfgoot dezelfde proeven bekeken worden, wordenop die posities net de kleinste waarden opgemeten. 94

111 Hoofdstuk 8 Besluit Het doel van deze thesis was het abstraheren van een fysisch schaalmodel met een gelijkaardig gedrag als het prototype van een FO 3 -convertor: zowel het absorberen van een zelfde hoeveelheid energie, als een gelijkaardige invloed op het golfpatroon diende nagekeken te worden. Een eerste stap in het ontwerp van het fysisch schaalmodel was het bepalen van een geschikt materiaal om energieabsorptie te simuleren. Verschillende materialen werden beproefd, waaruit de blauwe Japanse mat als het meest geschikte materiaal naar voor kwam. Dit omdat dit materiaal slechts beperkt periode-afhankelijk is, en het minst verstoring van het golfoppervlak oplevert. Bijkomend geldt ook dat het materiaal gemakkelijk hanteerbaar is, en zodoende eenvoudig verschillende diktes kunnen opgelegd worden. Dit was nodig omdat de hoeveelheid geabsorbeerde energie opgelegd werd, en de hoeveelheid blauwe Japanse matten werd aangepast tot deze waarden bereikt werden. Dit werd voor verschillende golfhoogtes en periodes gecontroleerd, en zo konden algemene tendenzen vastgelegd worden tussen periode, golfhoogte, aantal lagen absorberend materiaal enerzijds en het percentage geabsorbeerde energie anderzijds: De hoeveelheid geabsorbeerde energie stijgt naarmate het aantal lagen absorberend materiaal toeneemt. De hoeveelheid geabsorbeerde energie stijgt met toenemende golfhoogte De hoeveelheid geabsorbeerde energie daalt met toenemende periode Deze trends bleven ook behouden wanneer het model vrij op en neer kon bewegen, terwijl bij het volledig vrij bewegende model (bevestigd d.m.v. elastieken) die niet meer onvoorwaardelijk geldig waren. Daarom zou best, wanneer een vervolg op deze studie wordt uitgevoerd, een beter concept uitgedacht worden voor een vrij bewegend model, zodat kan uitgesloten worden dat de tendenzen afhankelijk zijn van het aantal vrije bewegingsgraden van het model. Na het modelleren van een realistische absorptie werd het diffractiepatroon achter een fysisch 95

112 HOOFDSTUK 8. BESLUIT schaalmodel van de FO 3 -convertor bestudeerd. Dit gebeurde door het schaalmodel in een brede goot in te bouwen, waarbij de GHM s over de volledige breedte van de goot verspreid werden. Onmiddellijk na het model worden opnieuw dezelfde tendezen waargenomen zoals bij het bepalen van de absorptiegraad: de hoeveelheid geabsorbeerde energie stijgt met toenemende golfhoogte en dalende periode. Hoe verder van het model verwijderd, hoe meer afwijking hierop voorkomt, m.a.w. zolang de golfhoogtemeters in de schaduwzijde van het model aangebracht werden, bleven dezelfde tendezen geldig, eenmaal buiten de schaduwzone gelden andere trends. Om te controleren of deze trends wel betrouwbaar waren, werden bepaalde proeven ook in een numerieke golfgoot uitgevoerd, om zo te kunnen vergelijken. Er bleek een goede overeenkomst te bestaan, zeker wat betreft de tendenzen, zodat kan besloten worden dat de resultaten betrouwbaar zijn. Figuur 8.1: Resulterende model Tijdens het verloop van de proeven werden verder nog enkele zaken opgemerkt: Een kiezelstrand inbouwen op het eind van de golfgoot is een efficiënt systeem van passieve absorptie. Dit in tegenstelling tot het voorzien van hexablokken. 96