Prediction of instantaneous bottom shear stress for smooth turbulent bottom boundary layers under irregular waves

摘要

Une méthode a été proposée pour calculer l'effort de cisaillement turbulent instantané sur le fond à partir des variations de vitesse sous l'effet de vagues irrégulières pour un lit plat hydrauliquement lisse. La vitesse instantanée de l'écoulement libre et une relation modifiée pour le facteur de frottement turbulent de vague ont été introduites comme base pour la corrélation avec l'effort de cisaillement du fond. Le facteur de frottement turbulent et la différence de phase, obtenue par l'analyse spectrale de la vitesse produite par l'écoulement libre et de l'effort de cisaillement sur le fond du modèle de calcul k-ε, correspondent tout à fait bien à données de laboratoire. L'effort de cisaillement instantané sur le fond calculé par la méthode proposée a été comparée aux données expérimentales pour des vagues irrégulières. La méthode proposée présente un degré élevé d'exactitude et a été jugée tout à fait apte à définir le comportement asymptotique de variation d'effort de cisaillement sur fond plat et lisse.%A method has been proposed to compute instantaneous turbulent bottom shear stress from the variation in free stream velocity under irregular waves for hydraulically smooth plane bed condition. Instantaneous free stream velocity and a modified relationship for turbulent wave friction factor have been introduced as the basis for the correlation with bottom shear stress. Turbulent friction factor and phase difference, obtained through spectral analysis of generated free stream velocity and corresponding bottom shear stress from k-ε model computation, corresponds quite well to those from laboratory data. Instantaneous bottom shear stress computed by the proposed method has been compared with those from experimental data for irregular waves. The proposed method presents a high degree of accuracy and has been found to be very convenient in defining the asymptotic behavior of bottom shear stress variation under smooth plane bed condition.