Численное моделирование лавовых потоков в моделях изотермальной вязкой многофазной несжимаемой жидкости

Поток лавы начинает формироваться, когда расплавленная порода извергается на поверхность Земли и медленно распространяется на поверхности из вулканического жерла. Извержения создают различные потоки лавы (например, течения различной структуры и скорости потока) под действием гравитации в зависимости от химического состава, температуры магматических пород и топографии поверхности, по которой протекает лава. Несмотря на то, что потоки вулканической лавы не оказывают существенного влияния на жизнь людей, их опасность немалая, поскольку горячая лава убивает растительность, разрушает инфраструктуру и может вызвать наводнение из-за таяния снега/льда. Следуя развитию вычислительных ресурсов, численное моделирование лавовых потоков за последние несколько десятилетий продвигалось от моделирования одномерных потоков к моделированию трехмерных потоков, которое наиболее адекватно способно отразить реальные природные процессы. В этой статье разрабатываются трехмерные численные модели течений изотермальной вязкой ньютоновской многофазной жидкости на различных поверхностях под действием силы тяжести, с целью исследовать динамику и взаимодействие потоков лавы. Полное моделирование потока лавы является сложной задачей с физической, математической и численной точек зрения. Математическая модель включает в себя уравнение Навье—Стокса, уравнение несжимаемости и уравнения переноса фаз с соответствующими начальными и граничными условиями. Для численной аппроксимации математической модели применяется метод конечных объемов. Программные коды реализованы в пакете ANSYS Fluent на языке C. При проведении численных экспериментов использовалась ЭВМ параллельного действия. Демонстрируются результаты расчетов модельного эксперимента. Модели реконструкции потоков лавы могут оказывать существенную помощь при проектировании барьеров, отражающих потоки лав. Доступность технологических и научных данных (например, данные спутниковых мониторингов, высокоскоростные алгоритмы расчетов и реалистичные модели) позволят интегрировать данные в модели с традиционными методами изучения вулканической активности, что позволит более эффективно использовать результаты.