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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김도삼
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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유한길이의 혼성방파제 선단에서 발생되는 회절파의 영향으로 방파제 길이를 따라 중복파고가 변동하고, 이로 인하여 케이슨에 작용하는 파압이 공간적으로 변동하며, 또한 케이슨의 활동거리가 상이한 사행피해가 발생한다는 것은 잘 알려져 있다. 제체에 작용파력의 공간적인 변동은 2차원적인 실험이나 수치해석으로서는 접근될 수 없는 문제이다.
본 연구는 olaFlow 모델을 적용하여 고천단의 사석마운드 상에 놓인 케이슨의 선단 주변에서 회절파의 발생과 배후역으로의 영향 및 제체에 작용하는 충격쇄파압을 포함한 파압의 공간적인 변동 등을 2차원 및 3차원수치기법으로 접근한다. 여기서, 수치해석에는 OpenFOAM®(Open source Field Operation And Manipulation) 모델을 근간으로 개발된 olaFlow 모델을 사용하였고, 이는 액체와 기체의 혼상류해석, 난류해석 및 쇄파해석이 가능한 유한체적법의 강비선형해석법으로, 3차원 VARANS(Volume-Averaged Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식에 기초한다.
olaFlow 모델의 타당성을 검증하기 위해 2차원혼성방파제 주변에서 수위 및 지반 내 간극수압, 그리고 3차원투과성직립벽 주변에서 수위 및 파압에 관한 기존의 실험결과와 본 수치해석의 결과를 비교?검토하였다. 이로부터 olaFlow 모델의 타당성을 입증할 수 있었다.
실제 수치계산에서는 먼저, 3차원규칙파동장 하에 혼성방파제 주변에서 평균파고, 평균수평유속 및 평균난류운동에너지의 변동특성을 면밀히 분석?검토한다. 이로부터 동일한 입사파랑에 대해 케이슨에 작용하는 파압분포가 방파제의 길이에 따라 크게 변동하며, 2차원수치해석에서는 발생되지 않았든 충격쇄파압이 3차원수치해석에서는 발생되는 경우가 나타나고, 충격쇄파압의 발생 시 경우에 따라 기존의 설계조건보다 매우 큰 파압이 정수면 근방의 케이슨 전면 벽체에 작용되는 등의 중요한 결과를 확인할 수 있었다.
다음에, 3차원규칙파동장의 경우와 동일한 수치모델과 혼성방파제의 배치 및 형상을 적용하여 3차원불규칙파의 작용 하 고천단의 마운드 상에 놓인 케이슨의 선단 주변에서 회절파의 발생과 배후역으로의 영향 및 케이슨에 작용하는 충격쇄파압을 포함한 파압의 공간적인 변동 등을 2차원 및 3차원적으로 검토한다. 또한, 불규칙파의 3차원수치해석으로부터 혼성방파제 주변에서 주파수스펙트럼, 평균유의파고, 평균수평유속 및 평균난류운동에너지의 변동특성도 면밀히 분석?검토한다. 이로부터 2차원수치해석에서는 발생되지 않았든 충격쇄파압이 3차원수치해석에서는 발생되는 경우가 나타나고, 충격쇄파압의 발생 시 경우에 따라 기존의 설계조건보다 매우 큰 파압이 정수면 근방의 케이슨의 전면 벽체에 작용되는 등의 중요한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 동일한 입사유의파랑에 대해 케이슨에 작용하는 파압분포가 방파제의 길이에 따라 변동하는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 변동은 크기에서 차이를 나타내지만, 3차원규칙파에 대한 경우와 유사한 특성을 갖는다.
본 연구는 olaFlow 모델을 적용하여 고천단의 사석마운드 상에 놓인 케이슨의 선단 주변에서 회절파의 발생과 배후역으로의 영향 및 제체에 작용하는 충격쇄파압을 포함한 파압의 공간적인 변동 등을 2차원 및 3차원수치기법으로 접근한다. 여기서, 수치해석에는 OpenFOAM®(Open source Field Operation And Manipulation) 모델을 근간으로 개발된 olaFlow 모델을 사용하였고, 이는 액체와 기체의 혼상류해석, 난류해석 및 쇄파해석이 가능한 유한체적법의 강비선형해석법으로, 3차원 VARANS(Volume-Averaged Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식에 기초한다.
olaFlow 모델의 타당성을 검증하기 위해 2차원혼성방파제 주변에서 수위 및 지반 내 간극수압, 그리고 3차원투과성직립벽 주변에서 수위 및 파압에 관한 기존의 실험결과와 본 수치해석의 결과를 비교?검토하였다. 이로부터 olaFlow 모델의 타당성을 입증할 수 있었다.
실제 수치계산에서는 먼저, 3차원규칙파동장 하에 혼성방파제 주변에서 평균파고, 평균수평유속 및 평균난류운동에너지의 변동특성을 면밀히 분석?검토한다. 이로부터 동일한 입사파랑에 대해 케이슨에 작용하는 파압분포가 방파제의 길이에 따라 크게 변동하며, 2차원수치해석에서는 발생되지 않았든 충격쇄파압이 3차원수치해석에서는 발생되는 경우가 나타나고, 충격쇄파압의 발생 시 경우에 따라 기존의 설계조건보다 매우 큰 파압이 정수면 근방의 케이슨 전면 벽체에 작용되는 등의 중요한 결과를 확인할 수 있었다.
다음에, 3차원규칙파동장의 경우와 동일한 수치모델과 혼성방파제의 배치 및 형상을 적용하여 3차원불규칙파의 작용 하 고천단의 마운드 상에 놓인 케이슨의 선단 주변에서 회절파의 발생과 배후역으로의 영향 및 케이슨에 작용하는 충격쇄파압을 포함한 파압의 공간적인 변동 등을 2차원 및 3차원적으로 검토한다. 또한, 불규칙파의 3차원수치해석으로부터 혼성방파제 주변에서 주파수스펙트럼, 평균유의파고, 평균수평유속 및 평균난류운동에너지의 변동특성도 면밀히 분석?검토한다. 이로부터 2차원수치해석에서는 발생되지 않았든 충격쇄파압이 3차원수치해석에서는 발생되는 경우가 나타나고, 충격쇄파압의 발생 시 경우에 따라 기존의 설계조건보다 매우 큰 파압이 정수면 근방의 케이슨의 전면 벽체에 작용되는 등의 중요한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 동일한 입사유의파랑에 대해 케이슨에 작용하는 파압분포가 방파제의 길이에 따라 변동하는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 변동은 크기에서 차이를 나타내지만, 3차원규칙파에 대한 경우와 유사한 특성을 갖는다.
목차
제 1 장 서론 11.1 연구의 배경 및 목적 11.2 연구의 구성 3Reference 4제 2 장 수치해석이론 62.1 수치해석이론 62.2 불규칙파의 조파이론 72.3 기존의 설계공식 82.3.1 Goda의 파압공식 82.3.2 Takahashi의 충격쇄파압공식 10Reference 11제 3 장 3차원규칙파동장 하 유한길이 혼성방파제의 케이슨에 작용하는 파압과 선단 주변에서 파랑특성에 관한 수치시뮬레이션 133.1 수치해석의 검증 133.1.1 2차원혼성방파제 주변에서 수위 및 지반 내 간극수압 133.1.2 3차원투과성직립벽 주변에서 수위 및 파압 143.2 계산조건 183.3 수치해석결과 223.3.1 정상상태 확인 223.3.2 수면변동 253.3.3 무차원평균파고 303.3.4 평균수평유속 323.3.5 평균난류운동에너지 383.3.6 케이슨에 작용하는 무차원최대파압 433.4 결언 54Reference 55제 4 장 3차원불규칙파동장 하 유한길이 혼성방파제의 케이슨에 작용하는 파압과 선단 주변에서 파랑특성에 관한 수치시뮬레이션 574.1 불규칙파의 조파검증 574.2 혼성방파제의 배치와 단면형상 및 수치해석 조건 574.3 수치해석결과 604.3.1 수면변동 604.3.2 무차원평균파고 654.3.3 각 지점에서의 스펙트럼의 변화 674.3.4 평균수평유속 714.3.5 평균난류운동에너지 724.3.6 케이슨에 작용하는 무차원최대파압 824.4 결언 94Reference 95제 5 장 결론 975.1 제 3장에서 결언 975.2 제 4장에서 결언 98Reference 100
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