Instability of Plunging Breaking Wave Impact on Inclined Cylinder

경사진 실린더에 작용하는 플런징 쇄파 충격력의 불안정성 고찰

Impact on cylindrical surface caused by plunging breaking waves is investigated experimentally. The breaking waves are generated in a wave flume by decreasing the wave maker frequencies linearly and focusing the generated wave components at one specific location. The breaking wave packets are based on constant wave steepness spectrum. Three inclination angles of cylinder are applied to examine the effect of contact angle between cylinder and front surface of breaking waves. Also, the effect of cylinder diameter on pressure distribution and its peak value is investigated by adopting three cylinders with different diameters. The longitudinal location of cylinder is slightly moved in eight different points to find out a probable maximum value of impact pressure. The pressures and total force on cylinder surface are measured by piezo-electric pressure sensors and 3-components load cell with 30kHz sampling rate. The variation of peak impact pressures and forces is analyzed in terms of cylinder diameter, inclination angle and location. Also, the pressure distribution on cylindrical surface is examined. The cylinder location and surface position are more important parameters that govern the magnitude and shape of peak pressures, while the cylinder diameter and inclined angle are relatively insignificant. In a certain conditions, the impact phenomenon becomes very unstable which results in a large variation of measured valves in repeated runs.

플런징 쇄파에 의해 실린더에 작용하는 충격력을 실험적으로 고찰하였다. 쇄파는 조파기의 구동주파수를 선형적으로 감소시켜 수조의 목표지점에 파랑을 집중시킴으로써 생성되며, 쇄파의 파형은 등파기울기 스펙트럼을 채택하였다. 실린더와 쇄파 전면의 접촉각이 충격력에 미치는 영향을 고찰하기 위해 3개의 경사각을 적용하였으며, 압력 분포 및 정점 값에 대한 실린더 직경의 영향을 살피기 위해 3개의 서로 다른 직경을 갖는 실린더가 사용되었다. 충격 압력의 최대 값을 찾기 위해 실린더를 수조 길이방향으로 조금씩 이동하며 총 8개 지점에서 실험을 수행하였다. 실린더 표면의 압력과 합력은 piezo-electric형 압력계와 3축 로드셀을 사용하여 30 kHz의 빈도로 계측하였다. 실린더 직경, 경사각 및 회전각에 따른 정점 충격압력과 충격력의 변화를 분석하였으며, 실린더 표면의 압력분포를 고찰하였다. 실린더의 수조 내 위치 및 실린더 표면의 위치는 정점압력의 크기와 시계열 형상을 지배하는 주요 인자이며, 반면에 실린더 직경과 경사각의 영향은 상대적으로 미미하다. 충격현상은 매우 불안정하기 때문에 동일조건의 반복 실험에서도 계측 값의 넓은 분포가 발생한다.