Aksymmetriske spidsbølger overskrider langt grænser, der tidligere blev antaget for at diktere den maksimale højde af havbølger

I en ny undersøgelse om havbølgebrydning har forskere vist, at aksesymmetriske "spidsbølgers" brydningsadfærd er helt anderledes end de længe etablerede teorier om brud på vandrende bølger.

Vandrende bølger knækker, når bølgerne bliver så stejle, at toppen ikke længere er stabil. Dette fører til nedbrydning af bølgebevægelse og energitab. Som et resultat er bølgens højde begrænset af brydningsprocessen.

"Meget af vores forståelse af bølgebrud er ført i teorier udviklet og eksperimenter udført i to dimensioner, når bølger bevæger sig i én retning," forklarede hovedforfatter Dr. Mark McAllister, Institut for Ingeniørvidenskab, University of Oxford. "Men bølgebrud i havet er en tredimensionel proces."

For at fastslå forskellene mellem bølgebrud i to dimensioner og tre dimensioner brugte forskere den cirkulære bølgetank ved FloWave Ocean Energy Research ved University of Edinburgh til at gengive en ekstrem tredimensionel aksesymmetrisk bølge, spidsbølgen.

Resultater fra bølgetanken viste, at aksesymmetrisk bølgebrudsadfærd var meget forskellig fra bølgebrud forbundet med vandrende bølger.

Efterhånden som bølgerne dannedes, brød en stor lodret vandstråle ud fra toppen af ​​bølgen, før den gik i frit fald og kolliderede med vandoverfladen nedenfor.

Eksperimenterne viste, at i modsætning til vandrende bølger var tophøjden af ​​spidsbølgen ikke begrænset af begyndelsen af ​​brud, men af ​​strålens stabilitet.

Dr. McAllister sagde:"Denne undersøgelse har afsløret de grundlæggende mekanismer, hvorigennem stærkt retningsbestemt spredte og krydsende bølger kan blive meget større end andre bølger og accelerere opad meget hurtigere end tyngdekraften i en kort brøkdel af tid."

Den nye forskning i tre størrelsesordener større end tidligere eksperimenter afslører betydelige implikationer for sikkerheden til søs. Som professor Ton van den Bremer, Engineering Science, University of Oxford og Delft University of Technology forklarer, "Spike-bølgen er et idealiseret eksempel på en type adfærd, der gør såkaldte krydsende hav, hvor bølgesystemer bevæger sig i forskellige retninger, så farlig for skibsfart og offshore-strukturer."

Forståelse af dynamikken i spidsbølgen kan i sidste ende føre til fremskridt inden for maritim sikkerhed baseret på forbedrede data om bølgehøjdebegrænsninger og brudadfærd under ekstreme forhold.

Studiet udført i samarbejde med forskere fra University of Edinburgh, University of Manchester, Shanghai Jiao Tong University og Delft University of Technology er en del af en storstilet undersøgelse af krydsende have, der kan producere ekstreme tredimensionelle bølger.

"Bølgebrud og jetdannelse på aksesymmetriske overfladetyngdebølger," er udgivet i Journal of Fluid Mechanics . + Udforsk yderligere

Ingeniører bruger kunstig intelligens til at fange kompleksiteten af ​​brydende bølger