Reconstruction of whitewater kayak waves in Nidelva
Master thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3049450Utgivelsesdato
2022Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Etter å ha endret elvebunnen i Nidelven mistet kajakkpadlere i Trondheim topopulære bølger. Denne masteroppgaven tar sikte på å rekonstruere en av kajakkbølgeneved å studere det ideelle vannstandsspranget for kajakkpadling. Området som studeres erNidelva, i Trondheim.
En bølge for kajakkpadling vil være bratt, og vannet bør ha en ru overflate i en ideellsituasjon. Derfor er det ønskelig å konstruere et oscillerende vannstandssprang med etFroude-tall mellom 2,5 - 4,5.
Studien undersøkte samsvaret mellom en fysisk og numerisk modell av vannstandssprangeti Nidelva. Den fysiske modellen ble bygget i en 1 m bred renne, skalert 1:50. Den numeriskemodellen ble simulert i OpenFOAM. Simuleringene for dette eksperimentet ble gjort medReynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) ligninger, ved å bruke k-ϵ turbulensmodellen.Vannføringer fra de siste ni årene ble analysert. Vannføringene 40, 140, 200, 289 og 400m3/s ble valgt for å representere situasjonen i elven og ble kjørt i den fysiske og numeriskemodellen. Q = 40 m3/s var for lav for testing i den fysiske modellen.
Et vannstandssprang ble indusert for alle vannføringer. Ved å sammenligne resultatene,ser det ut til å være flere feil ved den fysiske modellen. Derfor ble data fra dennumeriske modellen brukt til å designe overløpshøyden som er nødvendig for å indusere ettilfredsstillende vannstandssprang for gitte vannføringer. Den beregnede overløpshøydenviser at et overløp med en høyde på 0,82 < Δh < 1,42 vil indusere en bølge med etFroude-tall mellom 2,5 og 4,5 for de fire testede vannføringene.
Videre forskning tar sikte på å bruke disse resultatene til å justere elvebunnen for åetablere den ønskede bølgen. Elvebunnen bør optimaliseres i den numeriske modellen førden fysiske modellen brukes som prototype.
Nøkkelord: Vannstandssprang, OpenFOAM, fysisk modell, elvekajakk Due to changes on the river bed, kayakers in Trondheim lost two popular waves.This thesis aims to reconstruct one of the kayak waves by studying the ideal hydraulicjump for whitewater kayaking. The field that is studied is the Nidelva river, in Trondheim.A suitable wave for kayaking would be steep, and the water should have a rough surface.Therefore, it is desirable to construct an oscillating jump with a Froude number between2.5 - 4.5.
The study investigated the correspondence between a physical and numerical model ofthe hydraulic jump. The physical model was built in a 1 m wide flume, and scaled 1:50.The numerical model was simulated in Open FOAM. The simulations for this experimentwere done with Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, utilising the k-ϵturbulence model.
Discharge data over the last nine years have been analysed. The discharges 40, 140, 200,289 and 400 m3/s were chosen to represent the situation in the river and were run in thephysical and numerical model. Q = 40 m3/s was too small for testing in the physicalmodel.
A hydraulic jump was induced for all tested discharges. Comparing the different results, itappears to be several errors with the physical model. Therefore, data from the numericalmodel was used to calculate the weir height necessary to induce a satisfying hydraulicjump for given discharges. The calculated weir height shows that a weir with 0.82 < Δh< 1.42 will induce a wave for the four tested discharges with a Froude number between2.5 and 4.5.
Further research aims to use these results to decide whether it is desired to adjust theriver bed as the desired wave is established.
Keywords: Hydraulic jump, OpenFOAM, physical model, whitewater kayak