نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه اصفهان

2 استادیار گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی عمران و حمل و نقل، دانشگاه اصفهان

چکیده

سونامی جان و مال میلیون‌ها نفر انسان که در مجاورت اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند را تهدید می‌کند. از این رو تخمین میزان بالاآمدگی امواج سونامی از طریق شبیه‌سازی این امواج به روش‌های عددی و آزمایشگاهی ضروری می‌باشد. با توجه به اینکه اغلب تحقیقات انجام شده و فرمول‌های ارائه شده برای بالاروی موج سونامی دوبعدی هستند، تعیین میزان بالاروی در حالت سه‌بعدی و تعیین تأثیر شکل ساحل در میزان بالاروی ضروری است. در این تحقیق با استفاده از نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی OpenFOAM انتشار و بالاروی موج سونامی در نزدیکی ساحل با استفاده از موج تنها به عنوان تخمینی از موج سونامی شبیه‌سازی گردیده است. در ابتدا انتشار موج تنها در اطراف یک جزیره به شکل مخروط ناقص شبیه‌سازی گردیده و نتایج حاصل شده از شبیه‌سازی عددی با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه گردیده‌ است. پس از اطمینان از اعتبار نتایج شبیه‌سازی، به بررسی نقش هندسه‌ی ساحل در میزان بالاروی موج پرداخته شده است. بدین منظور با در نظر گرفتن چند شکل متعارف خلیج یا خور و همچنین مد نظر قرار دادن چندین حالت برای نسبت عرض دهانه‌ی ورودی به طول خلیج و شیب ساحل و ضریب زبری‌های مختلف، بالاروی موج تنها در دو حالت موج تنهای بدون شکست و موج تنهای شکسته شده مورد بررسی قرار گرفته‌ است. نتایج نشان می‌دهند هرچه نسبت عرض دهانه‌ی ورودی ساحل به طول ساحل کمتر باشد، میزان بالاروی بیشتر است. همچنین سواحل V شکل بیشترین میزان بالاروی موج نسبت به اشکال دیگر برای ساحل را دارند و موج شکسته نسبت به حالت موج تنهای بدون شکست، بالاروی بیشتری دارد. بالاروی نسبی موج تنها در سواحل چابهار در شبیه‌سازی سه‌بعدی 17 درصد کمتر از شبیه‌سازی دوبعدی شرایط مشابه می‌باشد. مقایسه‌ی نتایج بدست آمده از شبیه‌سازی سه‌بعدی با روابط موجود مبتنی بر شبیه‌سازی‌های دوبعدی نشان می‌دهد، نتایج روابط مذکور برای سواحل غیر تخت معتبر نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Three Dimentional Numerical Simulation of Solitary Wave Runup On Coastlines With Different Shapes Applying OpenFOAM Software

نویسندگان [English]

  • masih honarmand 1
  • ahmad shanehsazzadeh 2
  • mehdi zandi 2

1 Postgraduate student in Hydraulics, University of Isfahan

2 Assistant professor, Department of Civil Engineering, University of Isfahan

چکیده [English]

Tsunami threats life and property of millions of people who live at coastlines. It is essential to predict the tsunami run-up through experimental and numerical simulations. Most of the research in this regard are two-dimentional, however, the validation of this assumption has not confirmed yet. In this article, OpenFOAM open source software is applied in order to three dimentionally simulate the solitary waves as the representative of tsunami. First, the propagation and run up of solitary wave around the conical cone are simulated. The results are compared with experimental deta and there is a good agreement between the results of numerical analysis and experimental outcomes and hence the validation of the software outputs are confirmed. Then, the role of coastal shape on wave run up over the beach is investigated. In this regard, number of coastal forms are considered as well as different ratio of bay entrance width to length and friction coefficient. Hereby, both breaking and non-breaking solitary wave are considered. The results show that the run-up is maximum for V shap bays. The maximum run up is increased when the ratio of the width to length is decreased. The results of maximum solitary wave run up over the beach are also compared with the introduced 2D based formula for the maximum run up of non-breaking solitary waves. The formula underestimates the run-up when the shape of the coastline deviated from the straight line.

کلیدواژه‌ها [English]

  • tsunami
  • solitary wave
  • Coastline shape
  • OpenFOAM
  • run-up
  • 3D simulation

جامی، م.: رادان کوهپایی، م.: میرزینلی یزدی، ح.: کاظمی، ع.، . "هندسه فرکتالی گسل‌ها و لرزه‌خیزی در جنوب شرق ایران (مکران)"، اولین همایش ملی توسعه سواحل مکران و اقتدار دریایی جمهوری اسلامی ایران. بهمن 1391.

[2]  Madsen, P.A., Fuhrman, D.R., Schaffer, H.A., “on the solitary wave paradigm for tsunamis” J. of Geophysical Research, Vol. 113, pp.1-15,2008.

[3] Hammack, J.L.; and Segur, H., “The Korteweg–de Vries equation and water waves,part 2”. Comparison with experiments, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 65, pp 289–314,1987.

[4]  Russell, J. S., “Report on Waves”. Proc. 14th Meeting of British Association for the Advancement of Science. John Murray. London, pp.311–390, 1845.

[5]  Kishi, T.; and Saeki, H., “The shoaling, breaking, and runup of the solitary wave on impermeable rough slopes”, Proc. 10th Coastal Engineering Conf. Tokyo, ASCE. pp.322–348,1966.

[6] Hall, J. V.; and Watts, J. W., “Laboratory investigation of the vertical rise of solitary waves on impermeable slopes”, Tech Memo 33. Beach Erosion Board. Office of the Chief of Engineers. U.S. Army Corps of Engineers. Army Coastal Engineering Research Center. Washington, D.C, Technical Memorandum, Vol. 33, pp.1-14, 1953.

[7] Wu, N., Tsay, T., and Chen, Y., “Generation of stable solitary waves by a  piston-type wave maker”, Wave  Motion ,Vol. 51, pp. 240-255,2015.

[8]  Synolakis, C.E., “The runup of solitary wave”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 185, pp. 523-545, 1987.

[9]  Zelt, J.A., “The run-up of non-breaking and breaking solitary waves”, Coastal Engineering, Vol.15, pp. 205-246, 1991.

[10] Choi, B.-H., Kim, D. C., Pelinovsky, E., Woo, S. B., “Three-dimensional simulation of tsunami run-up around conical island”, Coastal Engineering, Vol.54, pp. 618-629, 2007.

[11] Baldock, T.E., Barnes, M.P., Guard,  P.A., Hie, T., “Modelling tsunami inundation on coastlines with characteristic form” , 16th Australasian Fluid Mechanics Conference, Crown Plaza, Gold Coast, Australia, pp.2-7 December 2007.

[12] Higuera, P., Lara, J.L., Losada, I.J., “Simulating coastal engineering processes with OpenFOAM”, Coastal Engineering, Vol.71, pp. 119-134, 2013.

[13] Higuera, P., Lara, J.L., Losada, I.J., “Three-dimensional intraction of waves and porous coastal structures using OpenFOAM. Part I: formulation and validation”, Coastal Engineering, Vol.83, pp. 243-258, 2014.

[14] Higuera, P., Lara, J.L., Losada, I.J., “Three-dimensional intraction of waves and porous coastal structures using OpenFOAM. Part II: Applications”, Coastal Engineering, Vol. 83, pp. 259-270, 2014.

[15] Zandi, S.M., Rafizadeh, A., Shanehsazzadeh, A., “Numerical simulation of non-breaking solitary wave run-up using exponential basis functions”, Environ Fluid Mech, DOI 10.1007/s10652-017-9533-0, 2017.

[16] Li, W.-I., Lam, S.-H., “Principles of Fluid Mechanics”, 1964.

[22] FLOW-3D user manual (Version 9.3), Flow Science Inc, 2008.

[17] OpenFOAM Programmer’s Guide, Version 2.1.1, 16th May 2012.

[18] Goring, D.G., “Tsunamis — the propagation of long waves on to a shelf”, Report No. KH-R-38, W. M. Keck Laboratory of Hydraulics and Water Resources,Californi Institute of Technology, Pasadena, CA, pp.763-784, 1978.

[19] Boussinesq, M.J., “Théorie de l’intumescenceliquide, appelée onde solitaire ou de translation, se propageant dans un canal rectangulaire”, C. R. Academic Science Paris, Vol.72, pp.755–759, 1871.

 [20]هنرمند، م.، شانه‌ساززاده، ا.، زندی، م.، . "شبیه‌سازی عددی دوبعدی شکست موج تنها در نزدیکی ساحل با استفاده از نرم‌افزار متن باز OpenFOAM"، پانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، 24 و 25 آذر 1395.