Frekans Bağımlı (Dispersif) Realistik Toprak Modeli için Zaman Uzayı Sonlu Farklar Yöntemi ile Yıldırım Analizi

Abstract

Bu projede Yinelemeli Konvolüsyon (YK) tekniği ile birlikte Zaman Uzayı Sonlu Farklar (ZUSF) yöntemi kullanılarak iki boyutlu silindirik koordinatlarda frekans bağımlı (dispersif) Smith-Longmire toprak modelini için yıldırım kaynaklı oluşan elektromanyetik dalgalar hesaplanmıştır. Bu konuda araştırmalar genelde frekans uzayında çözüm yapılıp, çözümün ters Hızlı Fourier dönüşümü ile zaman uzayına çevrilmesi üzerine kuruludur. Fakat bu yöntemin nedensel olmayan çözümler vermesi vb. dezavantajları vardır. Diğer taraftan ZUSF ile yapılan araştırmalar kısıtlı sayıda olup, mevcut olanlar da güncelleme denklemlerini oluşturmak için vektör uydurma gibi yaklaşıklıklar kullanmaktadır. Bu projede önerilen yenilik ile birlikte yıldırım kaynaklı elektromanyetik dalgalar ilk defa yaklaşıklık kullanılmadan Smith-Longmire dispersif toprak modelini çok kutuplu Debye ortamı olarak modelleyerek doğrudan zaman uzayında hesaplanmıştır. Önerilen yöntem literatür kapsamındaki deneysel ve diğer hesaplama sonuçları ile başarılı şekilde doğrulanmıştır. Örnek olarak, elektromanyetik dalgalar homojen toprağın altında ve üstünde hesaplanmıştır. Daha sonra toprak altına gömülü olarak bir kaya eklenerek hesaplar tekrarlanmıştır. Eklenen kaya da yine dispersif Debye ortamı olarak modellenmiştir. Hem toprak üstü hem toprak altı gözlem noktalarında bulunan sonuçlar yıldırım kanalından 500 m, 5 km ve 50 km mesafelerde hem birinci hem artçı geri dönüş akımı için hesaplanarak kıyaslanmıştır. Sonuçlara göre, dispersif toprak ve kaya durumunda hesplanan elektrik alan ile sabit parametreli toprak durumda hesplanan elektrik alanlar arasında yüzde 61.77?ye varan oranda farklar gözlenmiştir. Bu durum daha doğru sayısal çözümler için, dispersif toprak modelinin önemi açıkça ortaya koymaktadır.