VOF기법 및 식별 알고리즘을 이용한 쇄파에서의 기포 크기 분포도 분석

문호준; 유동현

doi:10.6112/kscfe.2020.25.3.135

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자료유형: 학술저널

저자정보: 문호준 (포항공과대학교) 유동현 (포항공과대학교)

저널정보: 한국전산유체공학회 한국전산유체공학회지 한국전산유체공학회지 제25권 제3호

발행연도: 2020.9

수록면: 135 - 141 (7page)

DOI: 10.6112/kscfe.2020.25.3.135

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A numerical simulation of a three-dimensional breaking wave is conducted using a VOF (volume-of-fluid) method to investigate the wave breaking dynamics and the bubble size distribution. The wave is initialized using the third-order Stokes wave solution. The initial wave slope and velocity fields generate turbulent wave breaking. Various interfacial phenomena are observed including a jet forming, a jet impacting to the free-surface, ejecting spray, entraining air pocket, and breakup. Bubbles with various sizes are formed from turbulent breakup of the air pocket during active breaking time. To obtain the bubble size distribution, an identification algorithm is proposed to accurately count independent bubbles. The proposed algorithm successfully identified independent bubble structures. A joining algorithm is also introduced to consider bubble structures spanning multiple blocks for parallel computations. The obtained bubble size distribution averaged during active breaking time is proportional to r<SUP>-10/3</SUP> for radii larger than the Hinze scale and shows good agreement with previous experiment and simulation results as well as the theoretical model.

#대기/바다 상호작용(Air/sea interaction) #기포 크기 분포(Bubble size distribution) #쇄파(Breaking wave) #VOF기법(Volume-of-fluid method) #식별 알고리즘(Identification algorithm)

참고문헌 (13)

참고문헌 신청

2016, Deike, L., Melville, W.K. and Popinet, S., Air entrainment and bubble statistics in breaking waves, Journal of Fluid Mechanics, Vol.801, pp.91-129.

2002, Deane, G.B. and Stokes, M.D., Scale dependence of bubble creation mechanisms in breaking waves, Nature, Vol.418, No.6900, pp.839-844.

2000, Garrett, C., Li, M. and Farmer, D., The connection between bubble size spectra and energy dissipation rates in the upper ocean, Journal of Physical Oceanography, Vol.30, No.9, pp.2163-2171.

1955, Hinze, J.O., Fundamentals of the hydrodynamic mechanism of splitting in dispersion processes, AIChE Journal, Vol.1, No.3, pp.289-295.

2016, Wang, Z., Yang, J. and Stern, F., High-fidelity simulations of bubble, droplet and spray formation in breaking waves, Journal of Fluid Mechanics, Vol.792, pp.307-327.

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