用已建立的基准模型分析海啸波

2021年4月8日

海啸:它们具有破坏性和快速移动 - 有些行驶速度高达800 km/h(500 mph)!当这种自然灾害发生在水体中(例如海洋或湖泊)中的大量水引起一系列波浪时,就会发生这种自然灾害。在今天的博客文章中,我们讨论了一种使用海啸启发的实验的既定基准模型浅水方程,明确的时间接口,可与5.6版的ComsolMultiphysics®软件一起使用。

1993年北海道地震

1993年7月,日本海发生了一场浓度为7.8的地震。(以供参考,地震幅度为7.0至7.9每年发生10到20次,众所周知会对设计较差且设计良好的结构造成严重损害)。地震通常被称为1993年的北海道地震,发生在北海道岛西南55公里,这是日本主要岛屿的第二大和最北端,在Okushiri小岛以北75公里。

注意:自1900年以来,日本经历了100次地震,幅度为7.0及以上。日本记录的最大地震发生在2011年。地震,通常称为2011Tōhoku地震,幅度为9.0,其影响在全球范围内感受到。

日本北部一个岛屿北海道地图的图像。
北海道地图。在下面许可的图像GNU免费文档许可证通过Wikimedia Commons

1993年的地震引发了数次海啸,造成了对北海道和Okushiri的广泛损害,尤其是后者。此外,俄罗斯东南海岸和韩国东海岸都面临着海啸的愤怒。

最终,这个自然灾害导致数百人的死亡,数百所房屋的破坏以及约6亿美元的财产损失,大部分是由于海啸浪潮造成的。

是什么使海啸如此破坏性?在运动中,其波浪达到了巨大的高度高度,其中之一被记录为32 m(〜104 ft)高 - 大约高达电话杆的高3倍呢极端的海啸奔跑标记是在Okushiri西海岸的Monai村附近的Monai Valley中发现的。

在这里,我们讨论了一个建立的基准模型,用于分析实验量表的海啸跑步。

通过模拟分析海啸波和运行

使用数值模拟和物理实验,日本阿比科的中央电力行业研究所(CREIPI)的研究人员能够重现1993年在大型实验坦克(大型实验储罐)中产生的极端海啸高度的缩放版本(长205 m,深6 m,宽3.4 m)。实验室模型的测深(海洋,海洋和湖泊的深度测量)是Monai山谷实际测深的1/400。

海滩上海啸波的计算3D模型的图像,地面和波浪以逼真的纹理和颜色可视化。
海啸跑到Monai Valley基准模型的复杂3D海滩上。

海啸到达莫奈山谷的复杂3D海滩上面显示的基准模型基于Creipi进行的实验室工作。它模拟了5.445 m长,宽3.402 m的Creipi实验罐的一个小矩形区域。像Creipi坦克一样,这里建模的储罐充满了静水,并在其一个边界之一上施加了已知的事件波。

域点探针在模型中包括在三个点上跟踪水位的演变:

  • x = 4.52 m,y = 1.196 m
  • x = 4.52 m,y = 1.696 m
  • x = 4.52 m,y = 2.196 m

注意:浅水方程,明确的时间界面在这项工作中广泛使用。借助此功能,您可以使用深度平均配方在1D和2D域中求解自由表面流,并轻松地从数字高程模型中定义模型中的底层。

接下来,我们将介绍基准模型的一些有趣结果。请随时通过在此处下载来构建此模型的分步说明:“海啸到达莫奈山谷的复杂3D海滩“。

基准结果

总体而言,应用波使模型中的海岸线来回移动,在此过程中用水完全覆盖了域中的小岛。

在模拟实验期间,海啸奔跑的动画。

在下面的图像中,您可以查看传入波的底部高度和轮廓。

传入的海啸波的底部地形的3D图,以灰色(左)可视化。一条线图随着时间的推移(右)绘制传入海啸波的轮廓。
传入波的底部地形(左)和轮廓(右)。

在下图中,您可以在三个域点查看计算出的水位。由于底部地形的不规则性,这些点在不同时间看到波浪。这些结果与文献中现有的实验和仿真结果非常吻合(请参阅教程模型文档中的参考文献3)。

一条线图在海啸波的三个不同域点绘制了水位,以红色,绿色和蓝色显示。

国家海洋和大气管理(NOAA)建议在研究海啸波时使用这种类型的基准模型。

自己尝试

我们在这里直接跳到结果,但是您可以通过单击下面的按钮来学习如何在复杂的3D海滩上构建海啸奔跑。

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