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Fully Nonlinear Boussinesq-Type Equations for Waves and Currents Over Porous Beds / Qin Chen in Journal of engineering mechanics, Vol. 132 N°2 (Fevrier 2006) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°2 (Fevrier 2006) . - 220-230 p. Titre : Fully Nonlinear Boussinesq-Type Equations for Waves and Currents Over Porous Beds Titre original : Type Entièrement Non-Linéaire d'Equations de Boussinesq pour des Vagues et des Lits poreux d'excédent de Courants Type de document : texte imprimé Auteurs : Qin Chen, Auteur ; Katopodes, Nikoloas D., Editeur scientifique Article en page(s) : 220-230 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Water  waves  Boussinesq  equations  Porous  media  Nearshore  circulation  Currents  Vagues  d'eau  Equations  de  Boussinesq  Médias  poreux  Près  de  la  circulation  de  rivage  Courants Index. décimale : 621.34 Résumé : The Paper introduces a complete set of Boussinesq type equations suitable for water waves and wave induced nearshore circulation over an inhomogeneous, permeable bottom. The Derivation starts with the conventional exapnsion of the fluid particle velocity as a polynomial of the vertical coordinate z followed by the depth integration of the vertical comonents of the Euler equations for the fluid layer and the volume averaged for the porous layer to obtain the pressure field. Inserting the kinematics and pressure field into the Euler and volume averaged equations on the horizontal plane results in a set of Boussinesq type momentum equations with vertical vorticity and z-dependent terms. A new approach to eliminating the z dependency in the Boussinesq-type equations is introduced. It allows for the existence and advection of the vertical vorticity in the flow field with the accuracy consistent with the level of approximation in the Boussinesq type equations for the pure wave motion. Examination of the scaling of the resistance force reveals the significance of the vertical velocity to the pressure field in the porous layer and leads to the retention of higher order terms associated with the resistance force. The Equations are truncated at O(µ²+²), where µ= measure of frequency dispersion. An analysis of the vortical property of the resultant equations indicates that the energy dissipation in the porous layer can serve as a source of vertical vorticity up to the leading order. In comparison with the existing Boussinesq-type equations for both permeable and impermeable bottoms, the complete set of equations improve the accuracy of potential vorticity as well as the damping rate. The New equations retain the conservation of potential vorticity up to O(µ²). Such a property is desirable for modeling wave induced near shore circulation but is absent in existing Boussinesq type equations. Le papier présente un ensemble complet de type équations de Boussinesq appropriées aux vagues de l'eau et à la circulation de nearshore induite par vague au-dessus d'un fond non homogène et perméable. La dérivation commence par l'exapnsion conventionnel de la vitesse liquide de particules comme polynôme de la coordonnée verticale z suivie de l'intégration de profondeur des comonents verticaux des équations d'Euler pour la couche liquide et le volume ramenés à une moyenne pour que la couche poreuse obtienne le champ de pression. L'insertion du domaine de cinématique et de pression dans l'Euler et les équations ramenées à une moyenne par volume sur le plan horizontal a comme conséquence un ensemble de type de Boussinesq équations d'élan avec la vorticité verticale et les limites z-dépendantes. Une nouvelle approche à éliminer la dépendance de z dans le Boussinesq-type équations est présentée. Elle tient compte de l'existence et de l'advection de la vorticité verticale dans le domaine d'écoulement avec l'exactitude conformée au niveau de l'approximation dans le type équations de Boussinesq pour le mouvement pur de vague. L'examen de la graduation de la force de résistance indique la signification de la vitesse verticale au champ de pression dans la couche poreuse et mène à la conservation des limites d'ordre plus supérieur liées à la force de résistance. Les équations sont tronquées à O(µ²+²), où µ = mesure de dispersion de fréquence. Une analyse de la propriété vortical des équations résultantes indique que la dissipation d'énergie dans la couche poreuse peut servir de source de vorticité verticale jusqu'au principal ordre. En comparaison du Boussinesq-type existant équations pour les fonds perméables et imperméables, l'ensemble complet d'équations améliorent l'exactitude de la vorticité potentielle aussi bien que le taux d'atténuation. Les nouvelles équations maintiennent la conservation de la vorticité potentielle jusqu'à O(µ²). Une telle propriété est souhaitable pour modeler la vague induite près de la circulation de rivage mais est absente dans le type existant équations de Boussinesq En ligne : qchen@jaguar1.usouthal.edu [article] Fully Nonlinear Boussinesq-Type Equations for Waves and Currents Over Porous Beds = Type Entièrement Non-Linéaire d'Equations de Boussinesq pour des Vagues et des Lits poreux d'excédent de Courants [texte imprimé] / Qin Chen, Auteur ; Katopodes, Nikoloas D., Editeur scientifique . - 220-230 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 132 N°2 (Fevrier 2006) . - 220-230 p. Mots-clés : Water  waves  Boussinesq  equations  Porous  media  Nearshore  circulation  Currents  Vagues  d'eau  Equations  de  Boussinesq  Médias  poreux  Près  de  la  circulation  de  rivage  Courants Index. décimale : 621.34 Résumé : The Paper introduces a complete set of Boussinesq type equations suitable for water waves and wave induced nearshore circulation over an inhomogeneous, permeable bottom. The Derivation starts with the conventional exapnsion of the fluid particle velocity as a polynomial of the vertical coordinate z followed by the depth integration of the vertical comonents of the Euler equations for the fluid layer and the volume averaged for the porous layer to obtain the pressure field. Inserting the kinematics and pressure field into the Euler and volume averaged equations on the horizontal plane results in a set of Boussinesq type momentum equations with vertical vorticity and z-dependent terms. A new approach to eliminating the z dependency in the Boussinesq-type equations is introduced. It allows for the existence and advection of the vertical vorticity in the flow field with the accuracy consistent with the level of approximation in the Boussinesq type equations for the pure wave motion. Examination of the scaling of the resistance force reveals the significance of the vertical velocity to the pressure field in the porous layer and leads to the retention of higher order terms associated with the resistance force. The Equations are truncated at O(µ²+²), where µ= measure of frequency dispersion. An analysis of the vortical property of the resultant equations indicates that the energy dissipation in the porous layer can serve as a source of vertical vorticity up to the leading order. In comparison with the existing Boussinesq-type equations for both permeable and impermeable bottoms, the complete set of equations improve the accuracy of potential vorticity as well as the damping rate. The New equations retain the conservation of potential vorticity up to O(µ²). Such a property is desirable for modeling wave induced near shore circulation but is absent in existing Boussinesq type equations. Le papier présente un ensemble complet de type équations de Boussinesq appropriées aux vagues de l'eau et à la circulation de nearshore induite par vague au-dessus d'un fond non homogène et perméable. La dérivation commence par l'exapnsion conventionnel de la vitesse liquide de particules comme polynôme de la coordonnée verticale z suivie de l'intégration de profondeur des comonents verticaux des équations d'Euler pour la couche liquide et le volume ramenés à une moyenne pour que la couche poreuse obtienne le champ de pression. L'insertion du domaine de cinématique et de pression dans l'Euler et les équations ramenées à une moyenne par volume sur le plan horizontal a comme conséquence un ensemble de type de Boussinesq équations d'élan avec la vorticité verticale et les limites z-dépendantes. Une nouvelle approche à éliminer la dépendance de z dans le Boussinesq-type équations est présentée. Elle tient compte de l'existence et de l'advection de la vorticité verticale dans le domaine d'écoulement avec l'exactitude conformée au niveau de l'approximation dans le type équations de Boussinesq pour le mouvement pur de vague. L'examen de la graduation de la force de résistance indique la signification de la vitesse verticale au champ de pression dans la couche poreuse et mène à la conservation des limites d'ordre plus supérieur liées à la force de résistance. Les équations sont tronquées à O(µ²+²), où µ = mesure de dispersion de fréquence. Une analyse de la propriété vortical des équations résultantes indique que la dissipation d'énergie dans la couche poreuse peut servir de source de vorticité verticale jusqu'au principal ordre. En comparaison du Boussinesq-type existant équations pour les fonds perméables et imperméables, l'ensemble complet d'équations améliorent l'exactitude de la vorticité potentielle aussi bien que le taux d'atténuation. Les nouvelles équations maintiennent la conservation de la vorticité potentielle jusqu'à O(µ²). Une telle propriété est souhaitable pour modeler la vague induite près de la circulation de rivage mais est absente dans le type existant équations de Boussinesq En ligne : qchen@jaguar1.usouthal.edu

Spectral collocation model for solitary wave attenuation and mass transport over viscous mud / Huang, Lingyan in Journal of engineering mechanics, Vol. 135 N° 8 (Août 2009) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 8 (Août 2009) . - pp. 881-891 Titre : Spectral collocation model for solitary wave attenuation and mass transport over viscous mud Type de document : texte imprimé Auteurs : Huang, Lingyan, Auteur ; Qin Chen, Auteur Article en page(s) : pp. 881-891 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Wave  attenuation  Mud  Solitary  waves  Spectral  analysis  Numerical  analysis  Lagrangian  functions  Mass  transport. Résumé : In this paper, wave attenuation and mass transport of a water-mud system due to a solitary wave on the free surface is modeled by using the Chebyshev-Chebyshev collocation spectral method for spatial discretization and a fourth-order multistage scheme for time integration. The governing equations are formulated in Lagrangian coordinates and perturbation equations for shallow water waves are derived. An iteration-by-subdomain technique is introduced to tackle the interface in the two-layer system. The numerical model is tested against available analytical solutions and good agreement has been found. Numerical simulations of the water-mud system with different layer thicknesses suggest that the accuracy of the existing boundary layer theory for fluid-mud interaction is limited when the mud layer is thin because the assumption of irrotational core may not be valid. Although the paper is focused on solitary waves and Newtonian fluid-mud, the methodology can be extended to oscillatory, nonlinear water waves over a non-Newtonian mud bottom. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=JENMDT&smode=strres [...] [article] Spectral collocation model for solitary wave attenuation and mass transport over viscous mud [texte imprimé] / Huang, Lingyan, Auteur ; Qin Chen, Auteur . - pp. 881-891. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 135 N° 8 (Août 2009) . - pp. 881-891 Mots-clés : Wave  attenuation  Mud  Solitary  waves  Spectral  analysis  Numerical  analysis  Lagrangian  functions  Mass  transport. Résumé : In this paper, wave attenuation and mass transport of a water-mud system due to a solitary wave on the free surface is modeled by using the Chebyshev-Chebyshev collocation spectral method for spatial discretization and a fourth-order multistage scheme for time integration. The governing equations are formulated in Lagrangian coordinates and perturbation equations for shallow water waves are derived. An iteration-by-subdomain technique is introduced to tackle the interface in the two-layer system. The numerical model is tested against available analytical solutions and good agreement has been found. Numerical simulations of the water-mud system with different layer thicknesses suggest that the accuracy of the existing boundary layer theory for fluid-mud interaction is limited when the mud layer is thin because the assumption of irrotational core may not be valid. Although the paper is focused on solitary waves and Newtonian fluid-mud, the methodology can be extended to oscillatory, nonlinear water waves over a non-Newtonian mud bottom. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=JENMDT&smode=strres [...]

Theoretical models for wave energy dissipation caused by vegetation / Qin Chen in Journal of engineering mechanics, Vol. 138 N° 2 (Fevrier 2012) 

Public ISBD [article]  in Journal of engineering mechanics > Vol. 138 N° 2 (Fevrier 2012) . - pp.221-229 Titre : Theoretical models for wave energy dissipation caused by vegetation Type de document : texte imprimé Auteurs : Qin Chen, Auteur ; Haihong Zhao, Auteur Année de publication : 2012 Article en page(s) : pp.221-229 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Wave  attenuation  Wetlands  Vegetation  Random  waves  Spectral  analysis  Flow  resistance  Numerical  analysis  Energy  dissipation Résumé : The paper presents theoretical and numerical analyses of random wave attenuation attributable to vegetation. Existing models based on Rayleigh distribution of wave heights are critically examined followed by the development of two new models for random waves over vegetation. The first model is derived on the basis of Hasselmann and Collins’ treatment of energy dissipation of random waves attributable to the bottom friction. The second model is derived on the basis of Longuet-Higgins’ probability density function for the joint distribution of wave heights and wave periods, which recovers to the model that uses the Rayleigh distribution of wave heights if the spectrum becomes narrow banded. Such a model allows for quantifying the effects of the spectral width on the model performances. Comparisons of the modeled and measured root-mean-square wave heights over vegetation show good agreement. Moreover, the Joint distribution-based model provides insight into the spectral distribution of the energy dissipation, which is different from other dissipation models that follow exactly the wave energy spectrum. Note de contenu : Article Outline 1. Introduction 2. Methodology 1. Existing Models 1. Dalrymple-Based Approach 2. Rayleigh Distribution-Based Approach 2. New Models 1. Hasselmann and Collins-Based Approach 2. Joint Distribution-Based Approach 3. Model Testing 1. Comparison with Laboratory Data 2. Inter-Model Comparisons 4. Spectral Distribution of Energy Dissipation 1. Spectral Distribution of Sds,v(σ,θ) 2. Effects on Spectral Evolution 3. Discussion 5. Summary and Conclusions ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/emo/resource/1/jenmdt/v138/i2/p221_s1?isAuthorized=no [article] Theoretical models for wave energy dissipation caused by vegetation [texte imprimé] / Qin Chen, Auteur ; Haihong Zhao, Auteur . - 2012 . - pp.221-229. Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) in Journal of engineering mechanics > Vol. 138 N° 2 (Fevrier 2012) . - pp.221-229 Mots-clés : Wave  attenuation  Wetlands  Vegetation  Random  waves  Spectral  analysis  Flow  resistance  Numerical  analysis  Energy  dissipation Résumé : The paper presents theoretical and numerical analyses of random wave attenuation attributable to vegetation. Existing models based on Rayleigh distribution of wave heights are critically examined followed by the development of two new models for random waves over vegetation. The first model is derived on the basis of Hasselmann and Collins’ treatment of energy dissipation of random waves attributable to the bottom friction. The second model is derived on the basis of Longuet-Higgins’ probability density function for the joint distribution of wave heights and wave periods, which recovers to the model that uses the Rayleigh distribution of wave heights if the spectrum becomes narrow banded. Such a model allows for quantifying the effects of the spectral width on the model performances. Comparisons of the modeled and measured root-mean-square wave heights over vegetation show good agreement. Moreover, the Joint distribution-based model provides insight into the spectral distribution of the energy dissipation, which is different from other dissipation models that follow exactly the wave energy spectrum. Note de contenu : Article Outline 1. Introduction 2. Methodology 1. Existing Models 1. Dalrymple-Based Approach 2. Rayleigh Distribution-Based Approach 2. New Models 1. Hasselmann and Collins-Based Approach 2. Joint Distribution-Based Approach 3. Model Testing 1. Comparison with Laboratory Data 2. Inter-Model Comparisons 4. Spectral Distribution of Energy Dissipation 1. Spectral Distribution of Sds,v(σ,θ) 2. Effects on Spectral Evolution 3. Discussion 5. Summary and Conclusions ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.org/emo/resource/1/jenmdt/v138/i2/p221_s1?isAuthorized=no