A Numerical Study on the Leakage of a Liquid from an Underwater Pipe without Pressure Gradient

압력구배가 없는 수중 파이프에서의 액체 오염물 유출에 관한 수치연구

A two-dimensional numerical method for inviscid two-fluid flows with a significant entrainment into both directions is established, and the oil leakage from a non-pressurized underwater pipe is studied. The interface between two fluids is modeled at a vortex sheet. The flow field and the subsequent interface evolution are solved by using the vortex-in-cell method. For longer flow simulation with a realistic two fluids interaction, an efficient merging scheme is introduced. In the Boussinesq limit, the speed of the external fluid intrusion into the pipe is very close to the existing mathematical models, and the lock exchange is observed in spite of a significant roll-up of the interface and entrainments. It is believed that the developed method can be utilized effectively for further detailed studies on various two-fluid flows which are encountered in many different marine oil spill problems.

성질이 다른 두가지 유체가 복잡한 상호작용을 하는 경우의 유동을 살펴 보기 위하여 2차원 비점성 수치해법을 개발하고, 이를 감압된 수중 파이프에서의 기름 유출 문제에 적용하였다. 두 유체의 경계면은 보오텍스 쉬트로 모델링하고 보오텍스격자법 (vortex-in-cell method)을 적용하여 유동을 해석하며, 장시간의 유동 모사를 위하여 경계면의 분할과 접합이 가능하도록 하였다. Boussinesq 가정에서 외부유체의 관내로의 유입 속도가 기존의 수학모델과 거의 동일함을 확인하였고, 경계면에서의 복잡한 상호 유입과 보오텍스 유동에도 불구하고 Lock Exchange가 발생함을 보였다. 개발된 수치해법은 다양한 해양환경의 2상유체 문제에 효과적으로 이용될 수 있다고 사료된다.