Performance Evaluation of an Optimized Floating Breakwater in Oblique Waves with a Higher-Order Boundary Element Method

Authors

Faisal Mahmuddin, Department of Naval Architecture, Faculty of Engineering, Universitas Hasanuddin, Makassar 90245, IndonesiaFollow
Masashi Kashiwagi, Naval Architecture and Ocean Engineering Department, Osaka University, 2-1 Yamadaoka, Suita, Osaka 565-0871, Japan

Abstract

In the previous study, the optimal performance of a two-dimensional (2D) floating breakwater shape was obtained. The performance of this shape was also confirmed with a model experiment in a towing tank. Moreover, the shape’s performance in three dimensions (3D) was investigated in a subsequent study. However, to predict the shape’s performance in a real application more accurately, the shape’s characteristics in oblique waves must also be evaluated. In this study, the performance and characteristics of the model (hydrodynamic forces, body motions, wave elevations, and drift forces) are computed using a higher-order boundary element method (HOBEM). The HOBEM, which is based on the potential flow theory and uses quadratic representation for quadrilateral panels and velocity potentials, can be used to obtain more accurate results with fewer panels compared to the conventional panel method (CPM). The computational accuracy is confirmed by using Haskind-Newman and energy conservation relations. In this study, 3D wave effects were verified, and the body motions were much smaller compared to the 2D case. In addition, although the performance in terms of wave elevations depends on the measurement positions, the optimal performance obtained in the 2D case can be realized for a longer body length.

Bahasa Abstract

Evaluasi Performa Sebuah Pemecah Gelombang Terapung yang Telah Dioptimasi pada Gelombang Datang Miring dengan Metode Elemen Batas Orde Tinggi (HOBEM). Pada penelitian sebelumnya, sebuah bentuk model pemecah gelombang terapung dalam kasus 2D yang mempunyai performa optimal telah didapatkan. Performa dari bentuk ini dikonfirmasi dengan melakukan sebuah eksperimen model pada kolam uji. Selain itu, performa model tersebut telah pula diinvestigasi untuk kasus 3D pada penelitian berikutnya. Namun demikian, untuk dapat memprediksi performa model tersebut secara lebih akurat saat penerapannya di dunia nyata, maka menjadi sangat penting untuk mengevaluasi karakteristik dan performa model tersebut pada kasus gelombang datang miring. Pada penelitian ini, performa dan karakteristik dari model yang dimaksud berupa gaya hidrodinamika, olah gerak, elevasi gelombang dan gaya drift ditentukan dengan menggunakan metode elemen batas orde tinggi atau HOBEM. HOBEM yang dikembangkan berdasarkan teori potensial aliran dan menggunakan representasi kuadratik untuk panel kuadrilateral dan potensial kecepatan, dapat digunakan untuk memperoleh hasil yang lebih akurat dengan menggunakan jumlah panel yang lebih sedikit dibandingkan dengan metode panel konvensional. Keakuratan perhitungan dapat dikonfirmasi dengan menggunakan relasi Haskind-Newman and hukum konservasi energi. Dari penelitian ini, efek gelombang 3D dapat diverifikasi lebih lanjut dan olah gerak model ditunjukkan menjadi jauh lebih kecil dibandingkan pada kasus 2D. Selain itu, dapat pula disimpulkan dari hasil perhitungan bahwa meskipun performa model berupa elevasi gelombang akan tergantung dari posisi pengukuran, akan tetapi performa optimal yang telah didapatkan sebelumnya pada kasus 2D dimensi dapat direalisasi kembali untuk model yang cukup panjang.

References

1. J.S. Mani, J. Waterway, Port, Coastal Ocean Eng. 117/2 (1991) 105.
2. M.R. Gesraha, Appl. Ocean Res. 28/5 (2006) 327.
3. H.Y. Wang, Z.C. Sun, Ocean Eng. 37/5 (2010) 520.
4. S.A. Sannasiraj, V. Sundar, R. Sundaravadivelu. Ocean Eng. 25/1 (1998) 27.
5. A.N. Williams, H.S. Lee, Z. Huang, Ocean Eng. 27/3 (2000) 221.
6. K. Murali, K.S. Mani, J. Waterway, Port, Coastal Ocean Eng. 123/4 (1997) 172.
7. M. Kashiwagi, H. Yamada, M. Yasunaga, T. Tsuji, Int. J. Offshore Polar Eng. 17/1 (2007) 39.
8. M.A. Rahman, N. Mizutani, K. Kawasaki, Coastal Eng. 53/10 (2006) 799.
9. S. Koshizuka, A. Nobe, Y. Oka, Int. J. Numerical Methods in Fluids. 26 (1998) 751.
10. W. Koo, Ocean Eng. 36/9 (2009) 723.
11. F. Mahmuddin, M. Kashiwagi, Proc. of 22nd Int. Society of Offshore and Polar Engineers, Rhodes Island, Greece, 2012, p.1263.
12. M. Kashiwagi, F. Mahmuddin, Proc. of 22nd Int. Society of Offshore and Polar Engineers, Rhodes Island, Greece, 2012, p.1271.
13. R.A. Dalrymple, M.A. Losada, P.A. Martin, J. Fluid Mech. 224 (1991) 625.
14. I.H. Cho, S.T. Kee, M.H. Kim, Appl. Ocean Res. 19/3 (1997) 171.
15. J. Wu, P.L.F. Liu, Appl. Ocean Res. 10/2 (1998) 66.
16. Y.H. Zheng, Y.M. Shen, Y.G. You, B.J. Wu, D.S. Jie, Ocean Eng. 33/1 (2006) 59.
17. M. Kashiwagi, Bulletin Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University Japan, 1995, p.83.
18. M. Kashiwagi, 3D Boundary Element Method, Seizando Shoten, Co. Ltd., 2003.
19. T. Haraguchi, S. Ohmatsu, Trans. West-Japan Soc. Naval Architect. 66 (1983) 9.
20. H. Maruo, J. Ship Res. 4/3 (1960) 1.
21. J. Newman, J. Ship Res. 1/1 (1967) 51.

Recommended Citation

Mahmuddin, Faisal and Kashiwagi, Masashi (2014) "Performance Evaluation of an Optimized Floating Breakwater in Oblique Waves with a Higher-Order Boundary Element Method," Makara Journal of Technology: Vol. 18: Iss. 1, Article 7.
DOI: 10.7454/mst.v18i1.2940
Available at: https://scholarhub.ui.ac.id/mjt/vol18/iss1/7