[논문]이완법을 이용한 SWASH 모형의 파랑 조파기법 개선

신충훈; 윤성범

doi:10.9765/kscoe.2017.29.4.169

이완법을 이용한 SWASH 모형의 파랑 조파기법 개선
Improvement of Wave Generation for SWASH Model Using Relaxation Method 원문보기

한국해안·해양공학회논문집 = Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers, v.29 no.4, 2017년, pp.169 - 179

신충훈 (한양대학교 ERICA 산학협력단) , 윤성범 (한양대학교 건설환경플랜트공학과)

초록
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본 연구에서는 선형 및 비선형파의 안정적이고 정확한 조파를 위해 이완법을 이용한 조파기법을 비정수압 수치모형인 SWASH 모형에 적용하였다. 이완법을 이용한 조파기법을 검증하기 위해 선형파와 비선형파인 경우에 대해 수치실험을 수행하였고 해석해와 비교하였다. 그 결과 Stokes 파 영역으로부터 cnoidal 파 영역에 이르는 모든 경우의 입사파랑이 성공적으로 생성되고 전파되었다. 또한 파고와 파형이 해석해와 잘 일치하는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we applied the wave generation method by relaxation method to the SWASH model, which is a non - hydrostatic numerical model, for stable and accurate wave generation of linear and nonlinear waves. To validate the relaxation wave generation method, we were simulated various wave, including the linear wave and nonliner wave and compared with analytical solution. As a result, the incident wave was successfully generated and propagated in all cases from Stokes waves to cnoidal wave. Also, we were confirmed that the wave height and the waveform were in good agreement with the analytical solution.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 이완법(relaxation method)을 이용한 안정적이고 효과적인 파랑 조파 기법을 소개하고자 한다. 이 기법은 수치실험 영역 내에 이완영역(relaxation zone)을 설정하고 그 영역 안에서 매시간 단계의 수면 변위나 유속 또는 흐름 등을 임의로 부과하는 방법이다.

제안 방법

본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 L자 형태의조파영역을 구성하여 경사지게 입사하는 파랑을 조파하였다. L자 형태의 조파영역을 이용한 조파방법은 Choi and Yoon(2009), Ha et al.

이론/모형

SWASH 모형에 적용된 weakly reflective 외부조파기법과 본 연구에서 사용한 Relaxation 조파기법의 선형파 조파 성능을 검증하였다. 수심(h)이 1m일 때 천해(kh = 0.
본 연구에서는 비선형파의 안정적이고 정확한 조파를 위해 이완법을 이용한 조파기법을 비정수압 수치모형인 SWASH에 적용하였다. 또한 수치실험을 통해 다양한 비선형파의 경우에 대해 그 정확성을 해석해와 비교해봄으로써 타당성을 검증하였다.
본 연구에서는 파의 조파 및 흡수를 위해 Engsig-Karup(2006)이 제안한 3차 다항식의 이완함수를 사용하였다. 이완 함수는 사용하는 수치기법(numerical scheme)에 따라 크게 좌우된다.

성능/효과

L자 형태의 조파영역을 구성하여 경사지게 입사하는 파랑을 조파하였다. 그 결과 L자 형태의 조파영역으로부터 조파된 파랑은 추가적인 경계조건의 적용 없이 목표파랑을 전 영역에 걸쳐 정확하게 잘 재현하였다. 본 연구에서 적용된 조파기법을 활용해 SWASH 모형을 이용한 파랑변형 수치실험을 실해역에 적용하기 위해서는 다양한 불규칙파의 조파에 대한 검증이 추가로 필요하다.
Relaxation 조파기법을 이용해 선형파에 대해 천해와 심해 조건에서 안정적이고 효과적으로 파랑을 조파하였다. 또한 비선형파랑인 Stokes 5th order 파, cnoidal 파에 대해서도 파고와 파형을 성공적으로 재현하였다.

후속연구

그 결과 L자 형태의 조파영역으로부터 조파된 파랑은 추가적인 경계조건의 적용 없이 목표파랑을 전 영역에 걸쳐 정확하게 잘 재현하였다. 본 연구에서 적용된 조파기법을 활용해 SWASH 모형을 이용한 파랑변형 수치실험을 실해역에 적용하기 위해서는 다양한 불규칙파의 조파에 대한 검증이 추가로 필요하다. 향후 다양한 파랑조건에서 조파기법을 개선한 SWASH 모형을 이용해 파랑변형 수치모의를 수행할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서 적용된 조파기법을 활용해 SWASH 모형을 이용한 파랑변형 수치실험을 실해역에 적용하기 위해서는 다양한 불규칙파의 조파에 대한 검증이 추가로 필요하다. 향후 다양한 파랑조건에서 조파기법을 개선한 SWASH 모형을 이용해 파랑변형 수치모의를 수행할 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	외부조파 기법이란 무엇인가?	다양한 수치모형에서 사용되는 파랑의 조파 방법은 크게 외부조파와 내부조파로 나눌 수 있다. 외부조파는 수치실험 영역의 경계조건에서 매시간 단계의 수면 변위나 유속 또는 흐름 등을 임의로 부가하는 방법이다. 외부조파 기법은 실험영역 내에 직접적으로 경계를 통해 파가 조파되기 때문에 목표파랑의 파고와 위상이 정확하게 재현된다.
	외부조파 기법을 사용한 조파 방법의 문제점은?	외부조파 기법은 실험영역 내에 직접적으로 경계를 통해 파가 조파되기 때문에 목표파랑의 파고와 위상이 정확하게 재현된다. 그러나 외부조파 기법을 사용한 조파 방법의 경우 실험 영역 내의 구조물이나 수심의 갑작스런 변화로 생긴 반사파를 적절하게 처리하지 못해 반사파가 실험영역 내로 재반사 되는 문제가 발생한다. 구조물이나 수심의 변화로 생긴 반사파가 측면경계에서 외해로 빠져나가지 못하고 실험영역 내에 쌓이게 되면 수치오류가 발생하게 된다.
	이완법을 이용한 파랑 조파 기법이란?	본 연구에서는 이완법(relaxation method)을 이용한 안정적이고 효과적인 파랑 조파 기법을 소개하고자 한다. 이 기법은 수치실험 영역 내에 이완영역(relaxation zone)을 설정하고 그 영역 안에서 매시간 단계의 수면 변위나 유속 또는 흐름 등을 임의로 부과하는 방법이다. 상기 기법은 다양한 수치모형에 적용되었으며, 비선형파의 경우에도 정확하게 파를 조파하는 것으로 입증되었다(Madsen et al.

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