[논문]부소파제의 부체 개발을 위한 기초적 실험 연구

정동호; 김현주; 김진하; 문덕수

문제 정의

Table 2에서는 규칙 파와 불규칙 파 구동 조건을 보여주고 있다. 규칙 파에서는 3.14초의 단주기에서부터 약 15.7초의 장주기까지 다양한 주기에 대한 실험을 수행하여 개발된 부소파 제의 소파 특성을 얻고자 하였다. 불규칙 파에서는 2가지 경우를 실험하였는데, 유의주기 5.
부소파제는 외경 60 mm 파이프를 연결시켜서 제작하였으며, 파이프가 연결된 내부 공간에는 시트를 입사되는 파랑에 대하여 경사지게 설치하여 입사되는 파랑을 차단할 수 있도록 설계하였다. 내부 공간에 설치되는 시트는 각각 교차되도록 제작하여 소파 성능을 높이고자 하였다. 부체는 폭 1 m, 높이 0.
본 연구에서는 부소파제 개발을 위한 새로운 개념의 부체를 개발하였으며, 소파 성능 특성을 파악하기 위하여 수리모형 실험을 수행하였다. 부체는 폴리에틸렌(P.
본 절에서는 개발된 신형 부체에 대해서 소개하며, 성능 특성을 파악하기 위한 실험에 대해서 다룬다.

가설 설정

1) 대 수심 및 연약지반에 적용 가능하다.
2) 해수 교환형으로 친환경적이다.
3) 지진에 대한 피해가 적으며, 고정식 소파제에 비하여 시공이 간단하다.
4) 이동이 가능하다는 것이다.

제안 방법

파랑 조건은 크게 2가지로 나누어지는데, 부체의 기본 운동 특성을 파악하기 위한 규칙 파와 실제 소파 성능을 평가하기 위한 불규칙 파로 구성된다. 규칙 파는 일정 주기와 파고로 구성된 파랑을 여러 가지 경우로 구성하였으며, 불규칙 파는 2가지의 운용조건에 대하여 수행되었다. Table 2에서는 규칙 파와 불규칙 파 구동 조건을 보여주고 있다.
개발된 부소파제의 소파 성능평가를 위하여 수리실험을 수행하였으며, 실험의 주된 관심은 입사파의 에너지 감소에 있었다. 규칙 파에 의한 신형 부체의 기본 소파 특성을 파악하였으며, 실제 현상과 유사하게 나타나는 불규칙 파 중의 부체 소파 성능을 파악하였다. 규칙 파 실험에서는 파랑 주기 & 초 이내의 파랑 조건에서는 약 입사파의 약 30%를 소 파할 수 있으며, 5초 이내의 파랑 주기에 대해서는 약 50%까지 소 파할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
규칙 파와 불규칙 파로 나누어서 실험을 수행하였는데, 규칙 파에 대한 실험에서는 개발된 부소파제의 성능 특성을 파악하고자 하였으며, 불규칙 파에 대한 실험에서는 실제 파랑 현상과 유사하게 재현하는 실험을 수행하였다.
1) 입사파를 따로 측정하기 위하여 모델에서 약 5 m 떨어진 지점에 설치하였다. 또한 입사파와 반사파의 성분을 분해하기 위해서 부소파제 전면에 3개의 파고계(No. 2~No. 4)를 설치하였으며, 투과파 성분을 측정하기 위하여 부소파제 후면에 3개의 파고계(No. 5~No. 7)를 설치하였다. 부체의 계류는 해수면 상에서 수평2로 강제 수속시켰으며, 계류선 중간에 스프링을 설치하고 끝단에 20 kgf 용량의 하중측정 장치(load cell) 를 설치하여 파랑 하중을 측정하고자 하였다.
모형 제작에서 PE 파이프가 연결되는 지점에는 스텐서스를 이용하여 포인트 용접을 하여 충분한 접합강도를 가질 수 있도록 하였다. Fig.
3은 새롭게 고안되는 부소파제의 전체적인 형상을 보여준다. 부소파제는 외경 60 mm 파이프를 연결시켜서 제작하였으며, 파이프가 연결된 내부 공간에는 시트를 입사되는 파랑에 대하여 경사지게 설치하여 입사되는 파랑을 차단할 수 있도록 설계하였다. 내부 공간에 설치되는 시트는 각각 교차되도록 제작하여 소파 성능을 높이고자 하였다.
본 연구에서는 부소파제 개발을 위한 새로운 개념의 부체를 개발하였으며, 소파 성능 특성을 파악하기 위하여 수리모형 실험을 수행하였다. 부체는 폴리에틸렌(P.E) 파이프를 연결하고 시트 (sheet)를 경사지게 설치하여 제작하였으며, 입사하는 파랑이 시트를 통과하면서 쇄파 되고 파이프를 통과하면서 와류유기(vortex shedding)가 발생하여 파랑에너지가 감소되는 개념을 적용하고자 하였다.
7)를 설치하였다. 부체의 계류는 해수면 상에서 수평2로 강제 수속시켰으며, 계류선 중간에 스프링을 설치하고 끝단에 20 kgf 용량의 하중측정 장치(load cell) 를 설치하여 파랑 하중을 측정하고자 하였다. 또한 부체의 거동을 측정하기 위하여 부체 가운데 부분에 운동 센서를 설치하였다.
부체의 형상은 앞에서 언급한 바와 같이 소파 원리에 따라서 반 시-형, 경사형, 공기제어형 등 다양한 종류가 있는데, 본 연구에서는 새로운 개념의 투과 파의 에너지 감소 개념과 경사형 소파제를 응용하여 입사파랑의 에너지를 소산시킬 수 있는 형상을 개발하였다. 부체는 폴리에틸렌 파이프를 적층되도록 연결하여 구조체를 형성하였는데, 입사되는 파랑이 일부는 구조체에 의하여 반사되며 일부는 투과되면서 와류유기에 의해서 에너지가 소실되도록 제작하였다.
7초의 장주기까지 다양한 주기에 대한 실험을 수행하여 개발된 부소파 제의 소파 특성을 얻고자 하였다. 불규칙 파에서는 2가지 경우를 실험하였는데, 유의주기 5.4초 유의 파고 1 m인 경우와 유의주기 8.64 초와 유의 파고 2 이인 경우에 대해서 수행하였다.
실험은 개발된 모형을 구속 장치에 의해서 일정 위치에 계류 시 킨 후, 몇 가지 파랑 조건에서 개발된 부체의 성능을 평가하였다. 파랑 조건은 크게 2가지로 나누어지는데, 부체의 기본 운동 특성을 파악하기 위한 규칙 파와 실제 소파 성능을 평가하기 위한 불규칙 파로 구성된다.
소파 제 주변에는 입사파(incident wave), 반사.파(reflection wave), 그리고 방사파(radiation wave) 등이 혼재되어서 나타나게 되는데, 투 과율에 대한 표현은 입사파 성분만을 즉정할 수 있는 별개로 설치된 1번 파고계(No. 1) 값에 대한 투과된 지점에서 측정된 성분의 비율로 표현하였다.
환경친화적인 소재인 폴리에틸렌 파이프와 시트를 사용하여 새로운 소파 개념의 부소파제를 개발하였다. 개발된 부소파제의 소파 성능평가를 위하여 수리실험을 수행하였으며, 실험의 주된 관심은 입사파의 에너지 감소에 있었다.

대상 데이터

본 실험은 한국해양연구원 해양시스템 안전연구소에서 보유하고 있는 3차원 해양공학 수조에서 수행되어졌다.
6에서 보여진다. 총 7개의 파고계가 설치되었는데, 1번 파고계는(No. 1) 입사파를 따로 측정하기 위하여 모델에서 약 5 m 떨어진 지점에 설치하였다. 또한 입사파와 반사파의 성분을 분해하기 위해서 부소파제 전면에 3개의 파고계(No.

성능/효과

규칙 파에 의한 신형 부체의 기본 소파 특성을 파악하였으며, 실제 현상과 유사하게 나타나는 불규칙 파 중의 부체 소파 성능을 파악하였다. 규칙 파 실험에서는 파랑 주기 & 초 이내의 파랑 조건에서는 약 입사파의 약 30%를 소 파할 수 있으며, 5초 이내의 파랑 주기에 대해서는 약 50%까지 소 파할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 그러나, 파랑 주기가 10초 이 상인 경우에는 입사파를 거의 감소시킬 수 없다는 것을 알 수 있었는데, 이것은 지금까지 알려진 일반적인 부소파제의 문제점을 보여주고 있다.
또한 주기 약 5초 이내의 파랑에 대해서는 입사파의 50%< 소파 시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 두 지점 (No. 5, No. 7)에서 측정된 투과율을 살펴본다면 5번 파고계에 관측된 결과가 7번 파고계에 관측된 결과보다 소파 율이 높은 것으로 관측되었다. 이것은 5번 파고계는 소파제에서 약 2.
즉, 8초 이내의 파랑 주기에 대해서는 입사파랑 에너지의 약 30%를 소파 시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 주기 약 5초 이내의 파랑에 대해서는 입사파의 50%< 소파 시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 두 지점 (No.
이 문제에 대해서는 향후보다 깊은 연구가 요구되어 진다. 불규칙 파 역시 유의주기 5.4초 유의 파고 1 이에 대해서는 소파 성능이 양호하였으나, 유의주기 8.64초 유의 파고 2 m에 대해서는 입사파에 대한 소파 성능이 떨어진다는 것을 알 수 있었다. 개발된 부소파제는 수산, 양식 시설물 보호 및 작업을 위한 정 온 유지를 위하여 충분히 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
일반적인 부소파제의 소파 성능에서도 알 수 있듯이 장주기 입 사 파랑 성분에 대해서는 소파 성분이 떨어진다는 사실을 확인하였다. 향후 장주기 파랑에 대한 소파 성능 향상을 위하여 부체의 형 상 및 단면 변화에 대한 연구가 요구되어 진다.
입사파의 약 70%가 투과되는 조건을 본다면, 실제 파랑 주기는 약 8초 정도가 된다. 즉, 8초 이내의 파랑 주기에 대해서는 입사파랑 에너지의 약 30%를 소파 시킬 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한 주기 약 5초 이내의 파랑에 대해서는 입사파의 50%< 소파 시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

후속연구

64초 유의 파고 2 m에 대해서는 입사파에 대한 소파 성능이 떨어진다는 것을 알 수 있었다. 개발된 부소파제는 수산, 양식 시설물 보호 및 작업을 위한 정 온 유지를 위하여 충분히 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후, 부체의 성능 개선을 위하여, 부체폭, 흘수, 파이프 직경, 계수선 길 이, 그리고, 계류 방법 등에 대한 최적 조건 해석이 이루어져야 한다.
일반적인 부소파제의 소파 성능에서도 알 수 있듯이 장주기 입 사 파랑 성분에 대해서는 소파 성분이 떨어진다는 사실을 확인하였다. 향후 장주기 파랑에 대한 소파 성능 향상을 위하여 부체의 형 상 및 단면 변화에 대한 연구가 요구되어 진다.
개발된 부소파제는 수산, 양식 시설물 보호 및 작업을 위한 정 온 유지를 위하여 충분히 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 향후, 부체의 성능 개선을 위하여, 부체폭, 흘수, 파이프 직경, 계수선 길 이, 그리고, 계류 방법 등에 대한 최적 조건 해석이 이루어져야 한다.

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