The Effect of Surface Tension on the Transient Free-Surface Flow near the Intersection Point

교차점 부근의 과도자유표면유동에 미치는 표면장력의 영향

When a body starts to move, the flow near the intersection point between a body and a free surface changes violently and rapidly in a very short initial time interval. This flow phenomena must be investigated whenever one treats the interaction between a body and a fluid, such as the motion of a floating body, sloshing in a tank, wave maker problem, entry of a body into a fluid etc.. Until Roberts(1987), it was widely accepted that a singularity exists at the intersection point. However, he showed that the singularity does not exist if a body moves non-impulsively. In this paper, an analytical solution cosistent for the case of impulsive motion of a body is obtained by including the effect of surface tension. From the characteristics of the newly obtained solution, a critical value associated with an oscillating phenomenon is found, and further more, it is shown that the oscillating phenomenon does not appear in the region where the distance form the intersection point is less than this critical value.

자유표면을 가지는 유체에서 물체가 운동을 하게되면 물체와 자유표면의 교차점 주위에서 유제유동이 매우 급격해진다. 이 유동현상은 부유체의 운동에 따르는 유체유동, 탱크내에서의 슬로싱, 조파기 문제, 물체의 입수등 여러문제에서 발생된다. 이 유동은 교차점 주위에서 특이성을 가진다고 알려져 있었으나 Roberts(1987)는 물체의 운동이 충격운동이 아닐 경우에는 특이성이 존재하지 않는다는 것을 밝혔다. 본 논문에서는 표면장력을 고려하여 물체의 운동이 충격운동인 경우에도 특이성을 가지지 않는 해석해를 구하였고, 해의 특성을 조사하여 진동현상에 대한 임계치를 구하여 교차점에서 떨어진 거리가 이 임계치보다 작은 곳에서는 진동현상이 존재하지 않는다는 것을 밝혔다.