Analysis of the influence of bathymetry on regular representative and realistic irregular waves generated through the WaveMIMO methodology

Abstract

Due to the exponential growth in energy consumption and the possibility of using the energy contained in sea waves, the present study analyzes the influence of wave channel bathymetry on the propagation of representative regular and realistic irregular waves that describe the sea state occurring on the coast of Tramandaí city, state of Rio Grande do Sul, Brazil. The numerical simulations carried out in this study used the Computational Fluid Dynamics software ANSYS Fluent, based on the Finite Volume Method. The treatment of the water-air interface was performed with the Volume of Fluid multiphase model. To generate irregular waves, the WaveMIMO methodology was applied, which enables the numerical simulation of sea states with realistic characteristics. Therefore, in this paper, data from the TOMAWAC spectral model was processed, aiming to obtain orbital velocity profiles of wave propagation and their subsequent imposition as boundary conditions in the wave channel simulated in Fluent. The generation of representative regular waves and realistic irregular waves was analyzed, considering the wave channel with a horizontal bottom and applying bathymetry. Analysis of the results indicates that the use of bathymetry allows a slight improvement in the accuracy of numerical simulations of wave generation.

Devido ao crescimento exponencial do consumo de energia e à possibilidade de aproveitamento da energia contida nas ondas do mar, o presente estudo analisa a influência da batimetria do canal de ondas na propagação de ondas regulares representativas e irregulares realísticas que descrevem o estado de mar ocorrido em Tramandaí, estado do Rio Grande do Sul. As simulações numéricas realizadas neste estudo utilizaram o software de Dinâmica dos Fluidos Computacional ANSYS Fluent, basedo no Método de Volumes Finitos. O tratamento da interface água-ar, ocorreu através o modelo multifásico Volume of Fluid. Para a geração das ondas irregulares, utilizou-se a metodologia WaveMIMO, que viabiliza a simulação numérica de estados de mar com características realísticas. Para isso, nesse trabalho foram tratados dados provenientes do TOMAWAC, visando a obtenção de perfis de velocidade orbital de propagação das ondas e sua posterior imposição como condição de contorno no canal de ondas simulado no Fluent. Foram analisadas a geração das ondas regulares representativas e irregulares realísticas considerando o canal de ondas com fundo horizontal e com batimetria. A análise dos resultados indica que a utilização da batimetria permite uma leve melhoria na acurácia das simulações numéricas de geração de ondas.