| dc.description.abstract | Tidligere kunne kajakkpadlere surfe på en stående bølge under Sluppen bru i Nidelva i Trondheim. Imidlertid avslørte batymetrimålinger at ei erosjonsgrop hadde dannet seg nedstrøms bropilarene. Erosjonsgropa ble fylt igjen, men hendelsen avslørte erosjonspotensialet til brupilene. Den stående bølgen forsvant etter igjenfyllingen av erosjonsgropa. Denne masteroppgaven vil belyse dagens skuringsprosesser indusert av Sluppen brupilarer og legge til rette for videre studier av hvordan kajakkbølgen kan reetableres uten å sette stabiliteten til Sluppen bru i fare.
Et elvestrekke av Nidelva ved Sluppen bru er simulert. Den numeriske flerfaseløseren interFoam, en del av CFD-verktøykassen OpenFOAM, brukes til å simulere elvestrekket. En erosjonsmodell er utviklet for å finne den kritiske sedimentdiameteren ved elvebunnen. Først blir skjærspenningene ved elvebunnen hentet ut ved hjelp av ParaView. Deretter blir den kritiske sedimentdiameteren beregnet som den diameteren som gjør den dimensjonsløse kritiske skjærspenningen lik den dimensjonsløse kritiske skjærspenningen korrigert for bunnhelning. Korreksjonen for bunnhelning tar hensyn til bunnhelningen parallelt med og normalt på strømningsretningen. Den kritiske sedimentdiameteren er beregnet for tre ulike vannføringer og den simulerte vannstanden sammenlignes med vannstandsmålinger, men kalibreres ikke videre.
Femten simuleringer av todimensjonale kanaler er gjennomført for å relatere sandkornruheten, k_s, i interFoam til Mannings ruhetstall, K_st. De simulerte skjærspenningene sammenlignes med den teoretiske skjærspenningen for uniform strømning i kanalsimuleringen. En fysisk modell med skala 1:31.5 er til slutt konstruert for å gi en pekepinn på hvordan en surfebølge kan gjenskapes under Sluppen bru. | |
| dc.description.abstract | Previously, kayakers used to be able to surf a standing wave located under Sluppen bridge in the river Nidelva in Trondheim. However, bathymetric surveys revealed that a scour hole had been formed downstream of the bridge piers. The scour hole has since been refilled, but this incident revealed the scour potential of the bridge piers. Unfortunately, the standing wave disappeared after the scour hole was refilled. This thesis aims to shed light on the current scour processes induced by the Sluppen bridge piers and facilitate for further studies on how the kayak wave can be reestablished without endangering the stability of Sluppen bridge.
A section of Nidelva past Sluppen bridge is simulated. The multiphase solver interFoam, part of the CFD toolbox OpenFOAM, is used to simulate the river. A scour model is developed to determine the critical sediment diameter at the riverbed. First, the shear stress on the riverbed is sampled using ParaView. Then, the critical sediment diameter is defined as the sediment diameter that makes the dimensionless critical shear stress equal to the bed slope corrected, dimensionless critical shear stress. The bed slope correction factor considers the angle parallel to and normal to the flow direction. The critical sediment diameter is calculated for three different discharges and the simulated water level is compared against measurements, but not further calibrated.
Fifteen two-dimensional channel simulations are performed to relate the sand-grain roughness, k_s, in interFoam to the Manning-Strickler number, K_st. Additionally, the simulated shear stresses are compared against the theoretical shear stress for uniform flow in the two-dimensional channel simulation. Finally, a 1:31.5 physical model is constructed to demonstrate how a surf wave can be recreated under Sluppen bridge. | |
