شبیه سازی سونامی با کامسول

شبیه سازی سونامی با کامسول با استفاده از جریان توربولنس صورت می گیرد. سونامی ها بسیار مخرب هستند و سریع حرکت می کنند – برخی با سرعت 800 کیلومتر در ساعت (500 مایل در ساعت) حرکت می کنند! این فاجعه طبیعی زمانی رخ می دهد که جابجایی توده ای از آب در یک بدنه آبی، مانند اقیانوس یا دریاچه، باعث ایجاد یک سری امواج شود. در پست وبلاگ امروز، ما یک مدل معیار ثابت از آزمایش الهام گرفته از سونامی را مورد بحث قرار می‌دهیم که از معادلات آب کم عمق، رابط زمان صریح، که با نرم‌افزار COMSOL  شبیه سازی شده است.

زلزله 1993 هوکایدو

در جولای 1993 زمین لرزه ای به بزرگی 7.8 ریشتر در دریای ژاپن رخ داد. (برای مرجع، زمین لرزه هایی با بزرگی 7.0 تا 7.9 10 تا 20 بار در سال اتفاق می افتد و شناخته شده است که باعث آسیب جدی به سازه های با طراحی ضعیف و خوب طراحی می شود). این زمین لرزه که اغلب به عنوان زلزله 1993 هوکایدو شناخته می شود، در 55 کیلومتری جنوب غربی جزیره هوکایدو، دومین جزیره بزرگ و شمالی جزایر اصلی ژاپن، و 75 کیلومتری شمال جزیره کوچک اوکوشیری رخ داد.

توجه: از سال 1900، ژاپن 100 زمین لرزه با بزرگی 7.0 و بالاتر را تجربه کرده است. بزرگترین زمین لرزه ثبت شده در ژاپن در سال 2011 رخ داد. این زمین لرزه که اغلب به عنوان زلزله سال 2011 توهوکو شناخته می شود، بزرگی 9.0 ریشتر داشت و اثرات آن در سراسر جهان احساس شد.
زمین لرزه سال 1993 موج های سونامی متعددی را برانگیخت که منجر به خسارات زیادی به هوکایدو و اوکوشیری شد، به ویژه دومی. علاوه بر این، هم سواحل جنوب شرقی روسیه و هم سواحل شرقی کره جنوبی با خشم سونامی مواجه شدند. میتوانید برای آموزش کامسول  اقدام کنید.

در نهایت، این بلای طبیعی منجر به کشته شدن صدها نفر، تخریب صدها خانه و حدود 600 میلیون دلار خسارت مالی شد که اکثریت این ویرانی ناشی از امواج سونامی بود.

چه چیزی سونامی را تا این حد مخرب کرد؟ هنگامی که در حال حرکت بود، امواج آن به ارتفاعات پرتاب عظیمی رسیدند که ارتفاع یکی از آنها 32 متر (~ 104 فوت) ثبت شد – حدود 3 برابر بلندتر از یک تیر تلفن! علامت سونامی شدید در دره مونایی، یک خندق کوچک در نزدیکی روستای مونایی در ساحل غربی اوکوشیری کشف شد.

در اینجا، ما یک مدل معیار تعیین شده برای تجزیه و تحلیل روند سونامی در مقیاس تجربی را مورد بحث قرار می دهیم.

تجزیه و تحلیل امواج سونامی و اجرا با شبیه سازی کامسول

با استفاده از شبیه‌سازی عددی و آزمایش‌های فیزیکی، محققان مؤسسه تحقیقاتی مرکزی برای صنعت برق (CREIPI) در آبیکو، ژاپن، توانستند نسخه‌ای از ارتفاعات شدید سونامی ایجاد شده در طول زلزله سال 1993 هوکایدو را در یک مخزن آزمایشی بزرگ بازسازی کنند. 205 متر طول، 6 متر عمق و 3.4 متر عرض). عمق سنجی (اندازه گیری عمق برای اقیانوس ها، دریاها و دریاچه ها) مدل آزمایشگاهی 1/400 اندازه عمق سنجی واقعی دره مونایی است.
طرح سونامی بر روی یک ساحل سه بعدی پیچیده، مدل معیار دره مونایی، که در بالا نشان داده شده است، بر اساس کار آزمایشگاهی انجام شده در CREIPI است. این یک منطقه مستطیلی کوچک از مخزن آزمایشی CREIPI را شبیه سازی می کند که 5.445 متر طول و 3.402 متر عرض دارد. مانند مخزن CREIPI، مخزن مدل‌سازی‌شده در اینجا با آب ساکن پر می‌شود و یک موج فرودی شناخته‌شده در یکی از مرزهای آن تحمیل می‌شود.

تعریف پارامترها، محاسبه و آموزش comsol جریان توربولنس

سه کاوشگر نقطه دامنه در مدل گنجانده شده است تا تکامل سطح آب را در سه نقطه ردیابی کند:

x = 4.52 متر، y = 1.196 متر
x = 4.52 متر، y = 1.696 متر
x = 4.52 متر، y = 2.196 متر
توجه: رابط معادلات آب کم عمق، Time Explicit به طور گسترده در این کار استفاده شده است. با استفاده از این ویژگی، می‌توانید از یک فرمول میانگین عمق برای حل جریان‌های سطح آزاد در حوزه‌های ۱ بعدی و ۲ بعدی استفاده کنید و به راحتی توپوگرافی پایین را در یک مدل از مدل ارتفاعی دیجیتال تعریف کنید.

در ادامه، به برخی از نتایج جالب مدل بنچمارک خواهیم پرداخت. انجام شبیه سازی اکسترودر را میتوانید مطالعه کنید.

نتایج تست مدل سازی

به طور کلی، موج اعمال شده باعث می شود که خط ساحلی در مدل به عقب و جلو حرکت کند، و جزیره کوچک در وسط دامنه را به طور کامل با آب پوشانده است.

در نمودار زیر می توانید سطوح آب محاسبه شده را در سه نقطه دامنه مشاهده کنید. نقاط به دلیل بی نظمی توپوگرافی پایین، امواج را در زمان های مختلف می بینند. این نتایج به خوبی با نتایج تجربی و شبیه سازی موجود در ادبیات مطابقت دارد.

اینستاگرام کامسول پروژه