[논문]간섭식 부방파제의 2차원 단면형상 소파성능

송무석; 김도영

간섭식 부방파제의 2차원 단면형상 소파성능
Performance Characteristics of Interference-Type Floating Breakwaters with Various two-dimensional Sectional Shapes 원문보기

부방파제의 특성을 간단히 검토하고 수치해법을 이용하여 소파성능을 분석하였다. 비점성 포텐셜 유동의 일반적인 해법인 경계면적분법을 사용하였고, 다양한 형상의 부방파제 2차원 단면특성을 투과율을 중심으로 살펴보았다. 계류계의 강도와 질량관성반경 및 흘수의 영향을 기본적인 폰툰 형태에 대하여 고찰하였고, 사다리꼴, 중절모형상, 탁자 형상 등의 단면에 대하여 형상에 변화를 주며 소파특성을 조사하였다. 각 단면마다 효과적인 소파가 기대되는 입사파의 파장이 달라지지만 입사파의 파장과 부체의 길이비가 10 이상이 되는 경우까지 만족스런 소파가 이루어지는 경우도 있다.

The characteristics of the floating breakwater is briefly reviewed and their performance is numerically investigated. The numerical scheme is a boundary integral method for inviscid potential flows, and various two-dimensional floating breakwater modules are studied focusing on the transmission coefficient. The general characteristics of pontoons is studied as function of mooring line stiffness, mass moment inertia and draft. Trapezoidal-, hat- and table-shape cross-sections are also studied with varying shape-parameters. The efficiency varies with changes in each shape-parameter and for some cases satisfying tranquility can be expected with even longer waves.

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문제 정의

본 절은 계산을 이용하여 다양한 힝태의 2차원 단면의 소파 특성을 살펴보고 이를 기반으로 방파효율의 극대화를 위한 단면 형상의 방향을 제시해 본다. 사용된 수치해법은 일반적인 경계 적분법으로 자세한 내용은 김도영 등[200)]을 참고하면 되고, 홍도천 등[2004]에서 유사한 형상의 계류계가 없는 부방파제에 대한 매우 제한적인 연구결과를 찾을 수 있다.
부유식 방파제의 특징을 중력식 착저방파제와 비교한 장단점을 중심으로 살펴보자. 우선 장점으로는, 환경 및 생태계에 미치는 영향이 작다; 수심의 제한을 덜 받는다; 건설 및 공사기간이 짧으며, 건설비용이 고정식에 비하여 상대적으로 많지 않다; 이동성이 있다; 해저 지질 조건에 영향을 많이 받지 않는 등이다.
수면을 관통하는 측벽에 경사를 줌으로써 수직운동에 의한 발산 파의 변화를 기 대할 수 있고, 이 효과에 따른 소파특성의 변화를 살펴 보았다. Fig.

제안 방법

기본적인 상자형 부체에 대하여 계류계의 강도와 질량관성반경의 영향과 흘수증가의 영향을 확인하였다. 계류계는 부방파제의 위치를 유지하면서 가능한 부체의 운동을 억제하지 않는 것이 좋고 질량 관성반경은 투과율에는 큰 영향을 주지 않는다.
사용된 수치해법은 일반적인 경계 적분법으로 자세한 내용은 김도영 등[200)]을 참고하면 되고, 홍도천 등[2004]에서 유사한 형상의 계류계가 없는 부방파제에 대한 매우 제한적인 연구결과를 찾을 수 있다. 본 연구에서 제시되는 소파 특성은 투과계수, 즉 투과파고의 입사파고에 대한 크기비로 평가한다.
본 연구에서는 여러 연구자들에 의하여 조명된 부방파제의 특성을 간단히 고찰하고, 계류된 간섭식 부방파제의 성능과 직접적인 관련이 있는 부체의 2차원 단면 형상에 따른 소파성능을 수치 해법을 활용하여 체계적으로 조사하였다. 상자형(pontoon)의 대표단 면에 대한 일반적인 특성을 검토하고 사다리꼴, 중절모형, 테이블형의 단면들을 변형시키며 실현 가능한 최대소파 성능과 형상 변화가 미치는 영향을 조사하였다.
부방파제의 일반적인 특성을 고찰하고 다양한 형상의 간섭식부방파제 단면 특성을 투과율을 중심E로 살펴 보았다. 기본적인 상자형 부체에 대하여 계류계의 강도와 질량관성반경의 영향과 흘수증가의 영향을 확인하였다.
활용하여 체계적으로 조사하였다. 상자형(pontoon)의 대표단 면에 대한 일반적인 특성을 검토하고 사다리꼴, 중절모형, 테이블형의 단면들을 변형시키며 실현 가능한 최대소파 성능과 형상 변화가 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구의 결과가 부소파 구조물의 효율적인 단면을 도출하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
우선 가장 단순하면서도 2차원 부처 의 보편적인 특성을 보이는 상자형 (pontoon)의 부체를 살펴보았다(Fig. 1). B와 T는 각각 부체의 폭과(파 진행방향의 길이) 흘수이다.
것은 잘 알려져 있다. 이를 체계적으로 조사하여 정리하였다. Fig.

성능/효과

5와 6에는 운동 모드별 위상차와 운동응답의 크기를 보였다. 좌우동요와 상하동요의 위상차이가 없어지는 영역에서 최대의 소파 효과가 얻어짐을 확인할 수 있고, 횡동요의 경우 감쇠력의 부족으로 운동응답이 과도하게 나타나지만 소파에는 큰 역할을 하지 못함을 알 수 있다.
최소 투과율을 보이는 파장이 상부폭의 감소에 따라 상당히 장포쪽으로 이동함을 확인할 수 있지만, 상부의 폭이 충분히 작지 않2면(검은 세모의 경우) 단파 쪽에서의 소파특성이 나빠짐을 알 수 있다. 중절모 형태의 결과를 요약하면, 장파와 단파를 포함하는 상대적으로 큰 폭의 파장 영역에서 우수한 소파효과를 예상할 수 있는 형상이 존재한다는 것인데, 수치계산 결과로는 케이스3의 경우, 즉 상부의 폭이 기준폭의 20%이고 하단의 높이가 흘수의 40%인 형상이 파장/폭 비 7.5에서 최소 투과율을 보이고 단피쪽에서 도 투과율 0.5 정도의 양호한 특성을 나타내는 것으로 파악되었다.
14에는 하단의 높이를 고정시키고 상부의 폭을 변화시키는 경우에 관찰되는 효과를 정리하였다. 최소 투과율을 보이는 파장이 상부폭의 감소에 따라 상당히 장포쪽으로 이동함을 확인할 수 있지만, 상부의 폭이 충분히 작지 않2면(검은 세모의 경우) 단파 쪽에서의 소파특성이 나빠짐을 알 수 있다. 중절모 형태의 결과를 요약하면, 장파와 단파를 포함하는 상대적으로 큰 폭의 파장 영역에서 우수한 소파효과를 예상할 수 있는 형상이 존재한다는 것인데, 수치계산 결과로는 케이스3의 경우, 즉 상부의 폭이 기준폭의 20%이고 하단의 높이가 흘수의 40%인 형상이 파장/폭 비 7.

후속연구

75 정도에서 최고의 소파효과를 보이던 상자형의 경우와 비교하면 모든 경우 눈에 띠는 장파쪽에서의 소파효과 상승을 확인할 수 있다. 단파쪽에서의 효율 악화가 수치해에서는 나타나지만 해석에 포함되지 못한 계류계 및 부체의 점성감쇄 효과 등을 예상한다면 이와 같은 모자 형태의 부체는 상대적으로 넓은 파장/폭 비에서 좋은 성능을 발휘할 것으로 추정된다.
상자형(pontoon)의 대표단 면에 대한 일반적인 특성을 검토하고 사다리꼴, 중절모형, 테이블형의 단면들을 변형시키며 실현 가능한 최대소파 성능과 형상 변화가 미치는 영향을 조사하였다. 본 연구의 결과가 부소파 구조물의 효율적인 단면을 도출하는데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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