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2차 정확도 VOF기법을 활용한 수중구조물에 의한 파랑변화 예측
Numerical Simulation of Wave Deformation due to a Submerged Structure with a Second-order VOF Method 원문보기

한국방재학회논문집 = Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation, v.10 no.1, 2010년, pp.111 - 117  

하태민 (한양대학교 공과대학 건설환경공학과) ,  조용식 (한양대학교 공과대학 건설환경공학과)

초록
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수중구조물에 의한 파랑의 변형을 예측하기 위해 3차원 수치모형을 도입하여 수치모형 실험을 수행하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형이다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two-step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 계산하였으며, Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 선형파를 일정 수심상에서 조파시켜 해석해와 비교한 후 수중구조물이 설치된 지형에 적용하여 파랑의 변형을 수치모의하여 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A three-dimensional numerical model is employed to investigate wave deformation due to a submerged structure. The three-dimensional numerical model solves the spatially averaged Navier-Stokes equations for two-phase flows. The LES(large-eddy-simulation) approach is adopted to model the turbulence ef...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이를 위해서 그 동안 수치모형의 검증에 널리 사용되었던 Beji 등(1993) 의 수리모형 실험을 도입하여 새로 개발된 수치모형에 의한 계산 결과와 비교한다. 두 결과의 비교 및 분석을 통하여 새로 개발된 수치모형의 파랑변형에 대한 적용성을 검토해 볼 수 있다. 먼저 일정한 수심의 수조에서 선형파를 조파하여 해석해와 비교를 통해 수치모형을 검증한 후, Beji 등(1993) 의 수리모형 실험 제원을 생성하여 수치모형 실험을 수행한다.
  • 본 연구에서는 2차 정확도 VOF 기법을 활용한 3차원 동 수압 수치모형을 이용하여 수중구조물에 의한 파랑의 변형을 재현하여 수치모형의 적용성 및 발전방향을 검토하였다. 검토 결과 본 수치모형은 분산효과 재현과 파랑의 전파속도 등에서 수치오차가 발생하지만 파랑의 변형을 예측하는데 충분히 사용할 수 있는 수치모형으로 판단되며 , 특히 최대값을 매우 정확하게 계산해낼 수 있기 때문에 앞으로 해안구조물에 의한 파랑의 변형에 관한 연구나 지진해일 등의 해양재해에 의한 피해예즉을 위한 기초연구에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
  • 따라서, 최근의 3차원 수치해석을 필요로 하는 해안공학의 다양한 분아에 적용이 가능할 것으로 사료되나, 아직까지 국내에 소개된 적이 없고 파랑의 전파 및 구조물에 의한 파랑 변형 등에 대해 적용된 사례가 드물어 이에 대한 검증이 필요하다. 연구에서는 Liu(2007)가 개발한 3차원 수치모형을 도입하여 해안공학 분아에 적용하기에 앞서, 모델의 타당성을 검증하기 위해 수중구조물에 의한 파랑의 변형을 수치 모의하고자 한다. 이를 위하여, Beji 등(1993)이 수행한 수리모형 실험을 재현하고 수치모형 실험결과를 수리모형 실험결과와 비교한다.
  • 본 연구에서는 새롭게 개발된 3차워 수치모형이 파랑의 변형을 얼마나 잘 재현하는지 알아보고자 한다. 이를 위해서 그 동안 수치모형의 검증에 널리 사용되었던 Beji 등(1993) 의 수리모형 실험을 도입하여 새로 개발된 수치모형에 의한 계산 결과와 비교한다.
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참고문헌 (25)

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