Investigation of non-linear effects resulting from the interaction of tsunami like waves and underwater barriers
The paper presents the investigation results on the nonlinear effects due to the interaction of long gravitational tsunami-like waves with underwater barriers. Mathematical model is based on the two-dimensional Navier-Stokes equations for an incompressible fluid. The numerical results are obtained using the finite volume method and the open source OpenFOAM package. The new data on the efficiency of thin impermeable underwater barrier are presented. The energy of incident, reflected, and transmitted waves is determined using the integral method. The coefficients of reflection and transmission, as well as the eddy loss coefficient are obtained from the calculation of wave total energy. It is shown that the total efficiency of the thin underwater barrier is governed not only by reflected wave energy, but also by the energy of large-scale eddies generated near the barrier. It is revealed that at the optimum height of the barrier, the energy of reflected wave and the energy absorbed by eddies both depend on the incident wave height. When the nonlinearity parameter of the wave is greater than 0.1, the underwater barrier of optimal height suppresses about 80% of the incident wave energy.
Keywords
волна цунами,
непроницаемые подводные преграды (барьеры),
уравнение Навье - Стокса,
коэффициенты отражения и вихревых потерь,
численное моделирование,
tsunami wave,
impermeable underwater obstacles (barriers),
Navies-Stocks equations,
reflection coefficient,
eddy loss coefficient,
numerical modelingAuthors
| Boshenyatov Boris V. | Institute of Applied Mechanics Russian Academy of Sciences | bosbosh@mail.ru |
| Zhiltsov Konstantin V. | Tomsk State University | konstantin@niipmm.tsu.ru |
Всего: 2
References
Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.
Li Ai-jun, Liu Yong, Li Hua-jun. Accurate solutions to water wave scattering by vertical thin porous barriers // Hinduwi Publishing Corporation Mathematical Problems in Engineering. 2015. Article ID 985731. 11 pages. http://dx.doi.org/10.1155/2015/985731.
Фридман А.Н., Альперович Л.С., Шемер Л., Пустильник Л., Штивельман Д., Марчук Ан.Г., Либерзон Д. О подавлении волн цунами подводными барьерами // УФН. 2010. Т. 180. № 8. С. 843-850
Бошенятов Б.В., Жильцов К.Н. Математическое моделирование взаимодействия длинных волн типа цунами с комплексом преград // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 12. С. 80 - 83.
Boshenyatov B.V., Zhiltsov K.N. Simulation of the interaction of tsunami waves with underwater barriers // American Institute of Physics. Conference Series. 2016. V. 1770. No. 3. Р. 030088.
Wu Y.T., Hsiao S.C., Huang Z.C., Hwang K.S. Propagation of solitary waves over a bottommounted barrier // Coastal Engineering. 2012. V. 62. P. 31-47. DOI: 10.1016/j.coastaleng. 2012.01.002.
Madsen P.A., Fuhrman D.R., Schaffer H.A. On the solitary wave paradigm for tsunamis // Journal of Geophysical Research. 2008. V. 113: C12012. DOI: 10.1029/2008JC004932.
Qu К., Ren X.Y., Kraatz S. Numerical investigation of tsunami-like wave hydrodynamic characteristics and its comparison with solitary wave // Applied Ocean Research. 2017. V. 63. P. 36-48.
Бошенятов Б.В., Попов В.В. Экспериментальные исследования взаимодействия волн типа цунами с подводными преградами // Изв. вузов. Физика. 2012. Т. 55. № 9/3. С. 145-150.
Бошенятов Б.В., Лисин Д.Г. Численное моделирование волн типа цунами в гидродинамическом лотке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2013. № 6 (26). С. 45-55.
Бошенятов Б.В. Особенности моделирования волн цунами в лабораторной установке // Материалы XIX Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС'2015) 2015. С. 384-385.
Бошенятов Б.В., Левин Ю.К., Попов В.В., Семянистый А.В. Метод измерения волн малой амплитуды на водной поверхности // ПТЭ. 2011. № 2. С. 116-117.
Бошенятов Б. В., Левин Ю. К., Попов В. В. Устройство измерения уровня воды // Патент РФ на изобретение № 2485452. Приоритет 07.10.2010. Заявка № 2010141060. Зарегистрировано 20.06.2013.
Бошенятов Б.В. O подавлении волн цунами подводными преградами // Доклады Академии наук. 2013. Т. 452. № 4. С. 392-395.
Бошенятов Б.В. О вихревом механизме подавления волн цунами подводными преградами // Доклады Академии наук. 2017. Т. 477. № 4. С. 485-487.
Кутателадзе С. С., Миронов Б. П., Накоряков В. Е., Хабахпашева Е. М. Экспериментальные исследования пристенных турбулентных течений. Новосибирск: Наука, 1975. 166 с.
Hirt, C.W., Nichols, B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free Boundaries // J. Comp. Phys. 1981. V. 39. P. 201-225; DOI: 10.1016/0021-9991(81)90145-5.
OpenFOAM Foundation. OpenFOAM. User guide. Available at http://www.openfoam.org. 2016. p. 211.
Wu Y.T, Hsiao S-C. Propagation of solitary waves over double submerged barriers // Water. 2017. V. 9. P. 917; doi:10.3390/w9120917.
Huang C.-'., Dong C.-M. On the interaction of a solitary wave and a submerged dike // Coastal Engineering. 2001. V. 43 P. 265-286
Бошенятов Б.В., Жильцов К.Н. Исследование взаимодействия волн цунами с подводными преградами конечной толщины в гидродинамическом лотке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 51. С. 86-103.
