초록

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수중천퇴가 있는 지형을 통과하며 변형하는 파랑을 실험한 Vincent와 Briggs (1989)의 실험조건을 수치모의하여 파랑과 흐름의 상호작용 효과를 연구하였다. SHORECIRC 흐름모형을 결합한 파랑모형 REF/DIF 1과 SWAN, 그리고 파랑과 흐름을 동시에 수치모의 할 수 있는 FUNWAVE를 이용하여 수중천퇴상을 통과하며 변형하고 또 다시 수중천퇴상에서 발생한 쇄파에 의해 발생된 쇄파류에 의해 변형하는 규칙파를 수치모의하였다. 수중천퇴상에서 쇄파가 발생할 때 잉여파응력의 급격한 변화에 따른 강한 유사제트류가 발생하고, 이 흐름은 수중천퇴후면의 파집중현상을 방해하여 파랑을 천퇴중심축으로부터 바깥쪽으로 굴절시켜, 파고를 상대적으로 감소시키는 역할을 한다. 이러한 역학은 실험결과와 본 연구의 수치모의를 통해 확인할 수 있었고, 이는 파랑쇄파류의 파랑변형에 미치는 역할의 중요성을 확인시켜주는 것이다. 규칙파 모의에 한계가 있는 SWAN과 규칙파 특성상 강하게 나타나는 중복파의 잉여파응력계산에 한계가 있는 REF/DIF 1과 달리 FUNWAVE를 이용한 수치모의는 실험결과와 완벽히 일치하였으며, 수중천퇴 후면에 발생하는 쇄파류와 쇄파류에 의한 쌍 vortex의 발달과정을 잘 보여 주었다.

수중천퇴가 있는 지형을 통과하며 변형하는 파랑을 실험한 Vincent와 Briggs (1989)의 실험조건을 수치모의하여 파랑과 흐름의 상호작용 효과를 연구하였다. SHORECIRC 흐름모형을 결합한 파랑모형 REF/DIF 1과 SWAN, 그리고 파랑과 흐름을 동시에 수치모의 할 수 있는 FUNWAVE를 이용하여 수중천퇴상을 통과하며 변형하고 또 다시 수중천퇴상에서 발생한 쇄파에 의해 발생된 쇄파류에 의해 변형하는 규칙파를 수치모의하였다. 수중천퇴상에서 쇄파가 발생할 때 잉여파응력의 급격한 변화에 따른 강한 유사제트류가 발생하고, 이 흐름은 수중천퇴후면의 파집중현상을 방해하여 파랑을 천퇴중심축으로부터 바깥쪽으로 굴절시켜, 파고를 상대적으로 감소시키는 역할을 한다. 이러한 역학은 실험결과와 본 연구의 수치모의를 통해 확인할 수 있었고, 이는 파랑쇄파류의 파랑변형에 미치는 역할의 중요성을 확인시켜주는 것이다. 규칙파 모의에 한계가 있는 SWAN과 규칙파 특성상 강하게 나타나는 중복파의 잉여파응력계산에 한계가 있는 REF/DIF 1과 달리 FUNWAVE를 이용한 수치모의는 실험결과와 완벽히 일치하였으며, 수중천퇴 후면에 발생하는 쇄파류와 쇄파류에 의한 쌍 vortex의 발달과정을 잘 보여 주었다.

AI 본문요약

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• 연구 주제
• 연구 방법
• 연구 결과

문제 정의

• 또한 쇄파의 발생여부에 따른 조건으로도 실험이 수행되었다. 본 연구에서 규칙파의 쇄파에 따른 파랑쇄파류의 파랑에 대한 영향을 목적으로 함으로, 1.3초의 주기와 13.5cm의 파고를 가진 쇄파 발생하는 경우의 규칙파에 대해서만 그 결과를 제시한다. 규칙파 실험의 경우 수면변위를 36.
• 본 연구에서는 잠재 천퇴상을 전파하는 규칙파의 쇄파발생에 따른 파랑쇄파류의 발생과 이에 따른 파의 변형특성을 수치모의하여 Vincent 와 Briggs (1989)의 관측값과 비교하고 고찰한다. 이를 위해 규칙파 파랑모형인 REF/DIF 1 (Kirby and Dalrymple, 1994)와 SHORECIRC를 결합하고, 위의 SWAN₄ SHORECIRC의 결합을 이용하여 쇄파류가 발생하는 규칙파의 천퇴배후 변형을 수치 모의 하였다.

제안 방법

• SHORECIRC로부터 파랑쇄파류를 수치모의 한다. SWANe 원칙적으로 불규칙파 모형임으로 다음과 같이 표현되며 본 연구에서는 방향주파수 스펙트럼의 유의파가 존재하는 극소 부분에 에너지밀도 혹은 파동밀도를 국한시켜 수치모의하였다.
• 넓은 다방향 주파수 스펙트럼등이 고루 사용되었다. 또한 쇄파의 발생여부에 따른 조건으로도 실험이 수행되었다. 본 연구에서 규칙파의 쇄파에 따른 파랑쇄파류의 파랑에 대한 영향을 목적으로 함으로, 1.
• 본 연구에서도 REF/DIF 1의 파랑 수치해를 이용하여 계산된 진행파의 radiations stress를 계산하여 SHORECIRC로부터 파랑쇄파류를 수치모의 한다. SWANe 원칙적으로 불규칙파 모형임으로 다음과 같이 표현되며 본 연구에서는 방향주파수 스펙트럼의 유의파가 존재하는 극소 부분에 에너지밀도 혹은 파동밀도를 국한시켜 수치모의하였다.
• 02초으로 하였다. 수치 모의를 위한 수치모형의 물리적 혹은 경험적 상수들은 모형의 초기 설정치를 사용하고 경계는 FUNWAVE의 내부조파와 흡수층계를 제외하고 반사경계를 사용하였다.
• 이를 위해 규칙파 파랑모형인 REF/DIF 1 (Kirby and Dalrymple, 1994)와 SHORECIRC를 결합하고, 위의 SWAN₄ SHORECIRC의 결합을 이용하여 쇄파류가 발생하는 규칙파의 천퇴배후 변형을 수치 모의 하였다. SWANe 파의 action 평형 방정식을 사용하는 원칙적으로 불규칙파 파랑변형 수치모형이지만 극단적 narrow spectrum을 이용하여 유사 규칙파를 수치모의 할 수 있다.
• 파랑과 흐름의 상호작용을 모의하기 위해 파랑모형과 흐름모형을 Sub-program으로 하는 주 program을 coding하여 파랑정보와 흐름정보의 입출력 feedback을 조절하게 하였다. 파고의 변화가 흐름변화에 비해 느리다는 가정 하에 10초동안의 흐름계산후 파랑계산을 하는 형식을 취하였다.

이론/모형

• SWANe 파의 action 평형 방정식을 사용하는 원칙적으로 불규칙파 파랑변형 수치모형이지만 극단적 narrow spectrum을 이용하여 유사 규칙파를 수치모의 할 수 있다. 또한 델라웨어 대학에서 개발한 순간 유체흐름과 파랑을 동시에 계산할 수 있는 비선형 Boussinesq 모형인 FUNWAVE를 이용하여 이를 수치모의 하였다.

성능/효과

• 파동모형과 흐름모형의 결합으로 수치모의된 파랑변형은 그 파랑모형과 파랑모형으로 산정되는 잉여응력의 한계성으로 인해 완전치 못한 결과를 얻었으나 그럼에도 그 결과가 흐름의 영향을 고려하지 않은 결과 보다 실험관측치에 가까웠다. 반면에 FUNWAVE를 이용한 계산 결과는 제트류 형태의 쌍 vortex를 보이는 흐름을 재현하였으며, 이에 영향을 받은 파고분포는 실험관측치와 완벽하게 일치하는 것을 볼 수 있었다.
• 결합모형의 결과는 그 오류에도 불구하고. 흐름을고려하지 않는 경우의 결과보다 흐름을 고려한 결과가 관측결과와 가까웠으며, FUNWAVE의 결과는 관측치와 완벽하게 일치하는 것을 보여준다. 그림 4에서 순간유동의 파랑과 짧은 시간 평균으로 나타낸 FUNWAVE의 결과를 볼 수 있는데, 천퇴배후 흐름에 의한 굴절로 나타나는 파랑의 shadow영역과 shear 흐름으로 잘 발달된 쌍 vortice를 보이는 쇄파유도류가 잘 나타나 있다.

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