Water Waves and Ship Hydrodynamics: An Introduction

در این کتاب مقدمه ای بر جنبه هایی از امواج آب که در هیدرودینامیک کشتی و مهندسی فراساحل نقش دارند، ارائه شده است. در ابتدا معادلات و شرایط مرزی خطی شده برای توصیف امواج سطحی آزاد سطحی غیر چسبناک با توجه ویژه به ترکیب میدان‌های جریان ثابت و غیرپایا به دست می‌آیند. سپس انواع ساده ای از راه حل های موج آزاد، مانند امواج صفحه و امواج استوانه ای، مشتق می شوند. برای چندین موقعیت، ثابت و ناپایدار، تابع تکینگی منبع مشتق شده است. این توابع در کدهای عددی مورد استفاده برای توصیف حرکت کشتی ها و سازه های فراساحلی نقش دارند. این کدها بیشتر بر اساس یک فرمول انتگرال مرزی هستند. بنابراین ما به معرفی این روش ها می پردازیم. نشان داده شده است که چگونه می توان حرکات کشتی مرتبه اول را تعیین کرد. در مهندسی فراساحلی، حرکات رانش موج مرتبه دوم نقش مهمی ایفا می کنند. مقدمه ای برای این پدیده ارائه شده است و اثراتی که باید در نظر گرفته شوند با استفاده از یک مثال ساده توضیح داده می شوند که در آن می توانیم تقریباً تمام جنبه ها را به صورت تحلیلی تعیین کنیم. مثال جالبی که در حال بررسی است، حرکت سکوهای انعطاف پذیر شناور بسیار بزرگ با کشش محدود است. در نهایت مقدمه ای بر تئوری امواج پراکنده غیرخطی آب کم عمق ارائه شده است و هیدرودینامیک کشتی آب کم عمق که در نواحی ساحلی و کانال ها نقش دارد، بررسی می شود. در اینجا به تعامل بین کشتی های عبوری در آب محدود توجه می شود. در ضمیمه، معرفی کوتاهی بر برخی از ابزارهای ریاضی ارائه شده است.

In this book an introduction is given to aspects of water waves that play a role in ship hydrodynamics and offshore engineering. At first the equations and linearized boundary conditions are derived describing the non-viscous free surface water waves, with special attention to the combination of steady and non-steady flow fields. Then some simple kinds of free wave solutions are derived, such as plane waves and cylindrical waves. For several situations, steady and unsteady, the source singularity function is derived. These functions play a role in numerical codes used to describe the motion of ships and offshore structures. These codes are mostly based on a boundary integral formulation; therefore we give an introduction to these methods. It is shown how first order ship motions can be determined. In offshore engineering the second order wave drift motions play an important role. An introduction to this phenomenon is given and the effects which have to be taken into account are explained by means of a simple example where we can determine nearly all the aspects analytically. An interesting example that is worked out is the motion of very large floating flexible platforms with finite draft. Finally an introduction to the theory of shallow water non-linear dispersive waves is presented, and shallow water ship hydrodynamics, that plays a role in coastal areas and channels is treated. Here attention is paid to the interaction between passing ships in restricted water. In the appendix a short introduction to some of the mathematical tools is given.