In een nieuwe studie over het breken van oceaangolven hebben onderzoekers aangetoond dat het breekgedrag van axisymmetrische "piekgolven" heel anders is dan de al lang bestaande theorieën over het breken van lopende golven.

Reizende golven breken wanneer golven zo steil worden dat de top niet langer stabiel is. Dit leidt tot een afbraak van de golfbeweging en energieverlies. Als gevolg hiervan wordt de hoogte van de golf beperkt door het breekproces.

"Veel van ons begrip van het breken van golven is gebaseerd op theorieën die zijn ontwikkeld en experimenten die zijn uitgevoerd in twee dimensies wanneer golven in één richting bewegen", verklaarde hoofdauteur Dr. Mark McAllister, Department of Engineering Science, University of Oxford. "Het breken van golven in de oceaan is echter een driedimensionaal proces."

Om de verschillen tussen het breken van golven in twee dimensies en drie dimensies vast te stellen, gebruikten onderzoekers de cirkelvormige golftank van FloWave Ocean Energy Research aan de Universiteit van Edinburgh om een ​​extreme driedimensionale axisymmetrische golf te reproduceren, de piekgolf.

Resultaten van de golftank toonden aan dat het axisymmetrische golfbrekingsgedrag heel anders was dan het golfbreken geassocieerd met lopende golven.

Terwijl de golven zich vormden, barstte er een grote verticale waterstraal uit de top van de golf voordat hij in vrije val ging en in botsing kwam met het wateroppervlak eronder.

De experimenten toonden aan dat, in tegenstelling tot lopende golven, de tophoogte van de piekgolf niet werd beperkt door het begin van het breken, maar door de stabiliteit van de straal.

Dr. McAllister zei:"Deze studie heeft de fundamentele mechanismen onthuld waardoor sterk richtinggespreide en kruisende golven veel groter kunnen worden dan andere golven, en in een korte tijd veel sneller naar boven versnellen dan de zwaartekracht."

Het nieuwe onderzoek, dat drie orden van grootte groter is dan eerdere experimenten, onthult significante implicaties voor de maritieme veiligheid. Zoals professor Ton van den Bremer, Engineering Science, University of Oxford en TU Delft uitlegt:"De piekgolf is een geïdealiseerd voorbeeld van een soort gedrag dat zogenaamde overstekende zeeën maakt, waarbij golfsystemen in verschillende richtingen reizen, dus gevaarlijk voor scheepvaart en offshore constructies."

Inzicht in de dynamiek van de piekgolf kan uiteindelijk leiden tot vooruitgang in de maritieme veiligheid op basis van verbeterde gegevens over golfhoogtebeperkingen en breekgedrag in extreme omstandigheden.

De studie die is uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh, de Universiteit van Manchester, Shanghai Jiao Tong University en de Technische Universiteit Delft, maakt deel uit van een grootschalig onderzoek naar overstekende zeeën die extreme driedimensionale golven kunnen produceren.

"Golfbreking en straalvorming op axisymmetrische oppervlaktezwaartekrachtgolven", is gepubliceerd in het Journal of Fluid Mechanics . + Verder verkennen

Ingenieurs gebruiken kunstmatige intelligentie om de complexiteit van brekende golven vast te leggen