Устройство для уменьшения разрушительного действия цунами

Устройство для уменьшения разрушительного действия цунами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области защиты жизнедеятельности человека и преимущественно может быть использовано для снижения разрушительного действия цунами.

Общеизвестно, что единственным методом защиты от цунами в настоящее время является предупреждение населения о приближающемся цунами с целью эвакуации людей из зон, которых он может достигнуть, при этом сами районы, на которые обрушилось цунами, остаются незащищенными от его разрушительного воздействия.

В уровне техники не выявлено источников, в которых содержатся сведения об устройствах для снижения разрушительного действия цунами.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства для гашения интенсивности цунами, т.е. его высоты.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в уменьшении вредных последствий, возникающих в результате разрушительного действия цунами при его достижении береговой линии островов и материков.

Общеизвестно, что, в соответствии с законом сохранения импульса или количества движения, импульс механической системы равен векторной сумме импульсов всех n материальных точек системы

где m_i - масса i-ой материальной точки;

- вектор скорости i-ой материальной точки, а также произведению массы m_c всей системы на скорость ее центра инерции Поскольку

где - главный вектор всех внешних сил, которые приложены к системе со стороны тел, не входящих в систему (См. Политехнический словарь. (Гл. ред. акад. А.Ю.Ишлинский. - П 50 2-е изд. - М.: Советская Энциклопедия, 1980. - 656 с. илл.), то с уменьшением импульса, что в большей степени происходит при противоположной ориентации векторов и масс взаимодействующих систем m_i и m_c, соответственно уменьшается главный вектор сил , действующих на тела (на береговые сооружения), не входящие в систему.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Устройство для уменьшения разрушительного действия цунами, включающее в себя береговое сооружение в виде насыпей, внутри которых выполнены туннели ⊃-образной формы, входными и выходными отверстиями ориентированные перпендикулярно в сторону береговой линии, причем длина нижних частей туннелей и площадь их сечения превышает соответствующие параметры верхних частей, нижняя часть туннелей расположена на уровне моря, а верхняя - возвышается над ним, при этом кривизна формы туннеля обеспечивает поворот вектора скорости входящего в его нижнюю часть потока жидкости на 180° при выходе потока через верхнюю часть туннеля.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан вид сверху на устройство; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.2.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Вблизи населенных пунктов 1, которых может достичь цунами, вдоль береговой линии 2 возводят береговое сооружение в виде насыпей 3, в которых выполнены туннели ⊃-образной формы 4 (см. фиг.1, 2). Входы 5 и выходы 6 (см. фиг.1, 2) ориентированы перпендикулярно в сторону береговой линии 2. Площадь сечения входов S₀ превышает соответствующие S₁ верхней части (см. фиг.3), при этом нижняя часть туннеля 7 расположена на уровне моря, а верхняя 8 - возвышается над ним (см. фиг.3). Кривизна формы туннеля обеспечивает поворот вектора скорости входящего в его нижнюю часть потока жидкости от надвигающегося фронта цунами 9 (см. фиг.2) на 180° при выходе потока через верхнюю часть туннеля с вектором скорости и уменьшение площади поперечного сечения с S₀ до S₁.

Устройство работает следующим образом.

При подходе фронта волны к береговой линии вода будет сначала входить в сечение S₀ нижней части туннеля со скоростью υ₀. Так как сечение туннеля изменяется, уменьшаясь к выходу до S₁(S₁<<S₀), то скорость напора воды в сечении S₁ увеличится до υ₁(υ₁>>υ₀). Это следует из того, что секундный объем воды, проходящий через любое сечение туннеля, будет неизменен за счет постоянного гидростатического давления, приходящегося на его нижнюю часть. Значит

Следовательно, поток воды, проходящий по туннелю будет ускоряться, одновременно изменяя свое направление на 180°, и обрушится на надвигающийся гребень волны (9), уменьшая тем самым его энергию. Для реализации этого события необходимо выполнить геометрические размеры туннеля (4) (S₀, S₁, l₀, l₁) такими, чтобы обратный выход воды из сечения S₁, произошел раньше, чем гребень волны подойдет к верхнему сечению туннеля.

Такое встречное взаимодействие потоков уменьшит интенсивность цунами, т.е. приведет к его гашению, что позволит достичь заявленный технический результат.

Промышленная применяемость заявляемого устройства подтверждается расчетами.

На входе примем сечение туннеля в виде сегмента (фиг.1) радиусом R₀, на выходе - R₁, угол α не меняется. Параметры h_i и a_i определяются из соотношений

где: h_i - высота туннелей;

a_i - ширина отверстия туннелей.

Полная длина туннеля (l^*) определяется, как

где l₀ - длина прямолинейного участка входной части туннеля,

l₁ - длина прямолинейного участка выходной части туннеля.

Пусть радиус сегмента изменяется по линейной зависимости

Из равенства секундных объемов следует

υS=υ₀S₀=υ₁S₁,

где площадь сегмента

Отсюда

Пусть τ - текущее время прохождения волны по туннелю. Тогда и при х=l^*, имеем после интегрирования

- полное время прохождения воды по туннелю.

Для того чтобы был встречный напор, необходимо, чтобы

τ₀>τ^*,

где τ₀ - время подхода волны к сечению II-II,

Наибольший эффект будет достигаться, когда τ₀>(k+1)τ^*,

где kτ^* - время, в течение которого напор воды будет выходить из сечения II-II до встречи с фронтом надвигающейся волны, или это показатель количества объема воды, выходящего из сечения II-II, относительно объема воды в туннеле;

k - коэффициент, определяющий время действия встречного напора.

Таким образом, получим

После преобразований получим

Пример:

Возьмем R₀=30 м, R₁=15 м, Н=3 м, α=60°, l₁=2 м, k=0.5

Тогда a₀=30 м, h₀=4 м, a₁=15 м, h₁=2 м, υ₁=4υ₀

l₀>61 м.

1. Устройство для уменьшения разрушительного действия цунами, включающее береговое сооружение в виде насыпей, внутри которых выполнены туннели -образной формы, входными и выходными отверстиями ориентированные перпендикулярно в сторону береговой линии, причем длина нижних частей туннелей и площадь их сечения превышает соответствующие параметры верхних частей, нижняя часть туннелей расположена на уровне моря, а верхняя возвышается над ним, при этом кривизна формы туннеля обеспечивает поворот вектора скорости входящего в его нижнюю часть потока жидкости на 180° при выходе потока через верхнюю часть туннеля.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что геометрические параметры устройства должны соответствовать неравенству

где R₀, R₁ - соответственно радиусы входа и выхода в туннель;

l₀ - длина прямолинейной части туннеля на входе;

l₁ - длина прямолинейной части туннеля на выходе;

Н - высота между верхом нижней части и выходом верхней части туннеля;

k - коэффициент, характеризующий время истечения воды из выходной части туннеля до подхода к ней фронта волны.