Wave-induced boundary layer flows over a flat and rippled bed

摘要

On étudie l'écoulement de couche limite créé par la houle sur un fond ondulé. Un modèle bidimensionnel visant à résoudre l'écoulement à proximité du lit a été développé. D'abord le modèle est testé dans le cas d'un fond plat par une comparaison avec des données expérimentales obtenues par vélocimétrie laser Doppler (LDV) dans deux canaux à houle présentant différentes caractéristiques. Tout en comparant les résultats numériques et expérimentaux, une attention particulière est donnée aux profils de vitesse d'Euler moyenne calculés à partir des deux sources et de la solution théorique de Longuet-Higgins [Philos. Trans. Roy. Soc. Lond. A 245 (1953) 535]. Des anomalies sont expliquées et l'utilisation de la théorie disponible est discutée. Le modèle numérique est alors adapté au cas d'un fond ondulé et comparé aux données expérimentales obtenues par LDV dans un canal à houle équipé d'un lit ondulé. On examine la cohérence dynamique du modèle qui montre l'aparition d'un vortex créé à chaque demi-cycle de houle. Des profils de vitesse moyenne sont tracés à différents endroits le long du profil d'ondulation. Différents types de profils sont obtenus selon l'endroit. Les profils de vitesse moyenne fournis par le modèle sont étudiés pour d'autres conditions d'écoulement et d'ondulation du fond et on trouve que les profils situés à mi-distance entre la crête et le creux comportent toujours un dépassement d'amplitude négatif, tandis que les profils situés au-dessus de la crête et du creux pourraient être de l'un ou l'autre signe. Un exemple des visualisations de l'écoulement est également montré et des comparaisons qualitatives sont faites avec le modèle numérique exécuté pour un cas semblable.%The wave-induced boundary layer flow over a rippled bed is studied. A two-dimensional model aiming to solve the flow in the vicinity of the bed has been developed. First the model is tested for a flat bed case and comparison is made with experimental data obtained by laser Doppler velocimetry (LDV) in two wave flumes presenting different characteristics. As the numerical and experimental results are compared, particular attention is given to the mean Eulerian velocity profiles calculated from the two sources and the theoretical solution from Longuet-Higgins [Philos. Trans. Roy. Soc. Land. A 245 (1953) 535]. Discrepancies are explained and the use of the available theory is discussed. The numerical model is then adapted to a rippled bed case and compared to experimental data obtained by LDV in a wave flume fitted with a rippled bed. The dynamical consistency of the model is tested and the appearance of a vortex created at each half-wave cycle is shown. Mean velocity profiles are plotted at different locations along the ripple profile. Different types of profile are obtained depending on the location. Mean velocity profiles from the model are studied for other flow and ripple conditions and it is shown that the profiles located at mid-distance between the crest and the trough always featured negative overshoot amplitude while the profiles located above the crest and the trough could be of either sign. An example of flow visualizations is also shown and qualitative comparisons are made with the numerical model run for a similar case.