[논문]소파호안의 형상이 월파량에 미치는 영향

허동수; 최동석; 최선호

소파호안의 형상이 월파량에 미치는 영향
Effect of the Shape of Absorbing Revetment on Wave Overtopping Rate 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.22 no.6 = no.85, 2008년, pp.7 - 12

허동수 (경상대학교 토목환경공학부 해양산업연구소) , 최동석 (경상대학교 토목환경공학부) , 최선호 (창신대학 토목과)

Abstract ▼ AI-Helper

The present study numerically investigates the effect of the shape of absorbing revetment on wave overtopping rate under regular and irregular incident waves. At first, the numerical model developed by Hur and Choi(2008), which considers the flow through a porous medium with inertial, laminar and turbulent resistance terms, directly simulates Wave-Structure-Sandy seabed interaction and can determine the eddy viscosity with LES turbulent model in 2-Dimensional wave field (LES-WASS-2D), is validated when compared to experimental data. Numerical simulations are then performed to examine the effect of the shape of absorbing revetment and incident wave conditions on wave overtopping rate. The numerical result shows that the wave overtopping rate decreases with the slope gradient of absorbing revetment under both regular and irregular waves. In addition, the effects of mean grain size and porosity of absorbing revetment, incident wave period and crest height on wave overtopping rate are discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 먼저 허동수와 최동석(2008)에 의해 개발된 2차원 수치해석기법 LES-WASS2D를 이용하여 기존의 수리모형 실험치와 비교 , 검증한 후, 검증된 모델을 이용한 수치시뮬레이션을 실시하여 소파호안의 형상에 따른 규칙 및 불규칙파의 월파특성 및 불규칙파의 군파특성이 월파량에미치는 영향에 대해 검토하였다.
본 연구에서는 소파호안의 형상이 월파량에 미치는 영향에 대해 검토하기 위해 투수성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려하고 LES 난류모델이 도입된 수치 모델을 이용하여 기존의 수리모형실험과 비교, 검토를 수행하였다. 그 결과 본 연구에서의 수치해석결과가 수리모형 실험치를 잘 재현하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
1의 일양난수 Ca熒에 따른 불규칙 파의 월파량을 나타내고 있으며, 일양난수의 변화에 따라월파량의 차이가 발생함을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 일양 난 수의 Case에 따라 월파가 가능한 파고의 출현횟수, 즉 군 파 특성과 월파량과의 관계에 따른 결과라 판단되며, 이에 대한 구체적인 검토가 필요하나 현 단계에서는 어려움이 있으므로 금후의 과제로 남겨두고 여기서는 생략하기로 한다.
이상으로 본 연구에서 이용한 수치모델의 타당성과 유효성이 검증되었다고 판단되며, 이 모델을 이용한 수치 시뮬레이션을 통하여 소파호안의 형상이 월파량에 미치는 영향에 대해 논의하기로 한다.

제안 방법

수치해석에 이용된 제원은 Table 2에 자세히 나타내었고, 해저 불투수 비탈면경사는 1:10으로 하였다. 또한, 규칙파는 조파개시 후 정상상태가 된 이후 3주기에 대해, 불규칙파는 100초의 월파량에 대해 시간 평균 월파 유량을 산정하였다.
여기서, N 은 성분파의 수를 나타낸다. 또한, 위상각은 [0, 2지 의 범위의 일양난수(Uniform random numbers)를 이용하였다.
여기서, N 은 성분파의 수를 나타낸다. 또한, 위상각은 [0, 2찌 의 범위의 일양난수(Uniform random numbers)를 이용하였다.
본 연구에서 제안하는 수치계산수법의 타당성을 검증하기 위하여 Fig. 3에 나타낸 Sakakiyama and Ima血(1996)의 실험수조를 참조하여 수치파동수조를 구성하였다. 또한, 수치 파동 수조의 좌측에는 경계로부터의 반사파를 없애기 위해 부가감쇠영역을 두었으며, 검증을 위한 입사파 조건 및 수조의 제원은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서는 세 경우 중 Case 1에 이용된 일양난수를 적용하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다.
이 때, 어떠한 일양난수를 이용하는가에 따라 생성되는 불규칙 파의 시계열도 변화하므로 시계열의 변화에 따른 영향을 검토하기 위하여 세 종류의 일양난수에 의한 불규칙파의 파형을 검토하였다. Fig.
이 때, 어떠한 일양닌;수를 이용하는가에 따라 생성되는 불규칙 파의 시계열도 변화하므로 시계열의 변화에 따른 영향을 검토하기 위하여 세 종류의 일양난수에 의한 불규칙파의 파형을 검토하였다. Fig.

이론/모형

본 연구에서 적용하는 수치파동수로에서의 조파는 Brorsen and Larsen(1987) 제안한 식 (1)의 조파소스강도를 이용한다. 식 (1)에서 匕는 조파를 시작한 시각으로부터의 경과시간, 71/3은 입사파의 유의주기이다.
불규칙파를 모의하기 위한 주파수 /의 선택 방법에는 주파수 스펙트럼을 등구간으로 분할하는 방법이나 각각의 성분파의 진폭이 거의 같도록 하는 등에너지로 분할하는 방법 등이 이용된다. 본 연구에서는 Bretschneider- Mitsuyasu의 스펙트럼에 대해 등에너지로 스펙트럼을 분할할 수 있는 Coda(1977) 에 의해 제안된 다음의 식 (3)을 이용하여 주파수를 선택하였다.
본 연구에서의 수치해석기법은 무반사 조파를 위한 조파소스항이 포함된 연속방정식과 수정된 Navier-Stokes 운동방정식을 적용하였고, 투수성매체 내부의 저항으로서 관성, 층류 및 난류저항항이 포함되어 있는 2차원 수치모델 LES-WASS- 2D(허동수와 최동석, 2008)를 이용하였다 또한 자유표면을 모의하기 위한 VOF함수(仕Mt and Nichols, 1981)와 계산 격자의 크기보다 작은 와류를 고려하기 위한 LES기법을 적용하였으며, LES기법에는 Smagorinsky sub-grid model (Smagorinskyz 1963)을 이용하였다 기초방정식의 자세한 내용은 허동수와최동석(2008)를 참조하기 바란다.
불규칙파를 수치모의하기 위한 스펙트럼으로는 널리 사용되고 있는 식 (2)의 Bretschneider-MitsuyasufMitsuyasu, 1970) 의 스펙트럼을 적용하였다.

성능/효과

(1)불규칙파의 월파는 월파가 가능한 군파의 출현 횟수가 많고 월파파고가 높을수록 월파량이 증가하며, 불규칙파의 시계열(군 파 특성)과 월파량과의 관계에 대하여 구체적인 검토가 필요한 것을 확인하였다.
(2) 투수성소파제의 비탈면경사 변화에 따른 월파량을 검토한 결과, 불규칙파에서는 소파제의 비탈면경사가 완만해질수록 월파량이 감소하였다. 규칙파도 같은 경향을 나타냈지만 투수성 소파 제가 존재하지 않을 경우에서의 월파량이 비탈면 경사가 1:1인 경우보다 작게 나타났다.
(3) 투수성소파제의 평균입경이 증가할수록 규칙파와 불규칙 파 모두 월파량이 증가하며, 공극률에 따른 월파량의 변화에 대해서는 큰 차이를 발견할 수 없었다. 또한, 입사파 주기가 커질수록 월파량이 증가하는 일반적인 현상도 본 연구에서 확인되었다.
5인 경우이다. 규칙파와 불규칙파 모두 투수성 소파 제가 존재하는 경우에서 비탈면경사가 완만해질수록 전반적으로 월파량이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이것은 투수성 소파 제의 비탈면경사가 완만해질수록 파망이 투수성 구조물을 통과하는 거리(면적)가 증가함에 따라 저항을 크게 받기 때문에 파랑에너지의 감소로 인해 월파량이 작아지는 것으로 판단된다.
그 결과 본 연구에서의 수치해석결과가 수리모형 실험치를 잘 재현하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 불규칙파의 경우보다 규칙파에서의 월파량이 많은 것을 알 수 있는데, 이러한 월파량의 차이는 R(정수면과 호안천단과의 거리)과 입사파고의 비에 의해 변화하지만 본 연구에서는 전반적으로 R/H의 값이 작은 경우, 즉 월파가 활발하게 발생하는 경우를 대상으로 하고 있으므로 규칙파의 경우 진행하는 파가 구조물배후로 계속해서 월파하는데 반해, 불규칙 파의 경우에는 진행하는 모든 파에 대해 월파가 발생하는 것이 아니라 월파가 가능한 높은 파고에 의해서만 월파가 발생하가 때문에 규칙파에서의 월파량이 불규칙파보다 크게 나타나고 있다. 하지만, R/H의 값이 커지는 경우 이와 반대의 현상도 충분히 발생할 것으로 판단되므로 금후 이에 대한 세밀한 검토가 필요하다.
대해서는 큰 차이를 발견할 수 없었다. 또한, 입사파 주기가 커질수록 월파량이 증가하는 일반적인 현상도 본 연구에서 확인되었다.

후속연구

75보다 작을 경우에는 투수층 수중 구조물에 의한 에너지 감쇠는 거의 일정하다는 것을 보고하였다. 본 연구에서와 같이 불투수성호안 전면에 소파제가 설치되어 있는 경우와는 다른 조건에서의 결과이지만, 일정한 폭의 공극률범위에서는 투수성구조물 내부에서의 파망에너지 감쇠가 큰 변화를 가지지 않는다는 것을 나타내는 결과로 생각되며 이에 대한 세밀한 검토를 위하여 향후 수리실험 및 수치실험을 통하여 많은 자료가 축적되어야 할 것으로 판단된다.
있다. 하지만, R/H의 값이 커지는 경우 이와 반대의 현상도 충분히 발생할 것으로 판단되므로 금후 이에 대한 세밀한 검토가 필요하다.

참고문헌 (18)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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