KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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Wave Control by Submerged Breakwater under the Solitary Wave(Tsunami) Action

고립파(지진해일) 작용하의 수중방파제에 의한 파랑제어

  • 이광호 ((일)나고야대학 공학연구과) ;
  • 김창훈 ((일)나고야대학 공학연구과) ;
  • 정성호 (한국해양대학교 대학원 토목환경공학과) ;
  • 김도삼 (한국해양대학교 건설환경시스템공학부)
  • Received : 2008.02.01
  • Accepted : 2008.04.15
  • Published : 2008.05.31
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Abstract

Present study examined the functionality of the solitary wave (tsunami) control of the two-rowed porous submerged breakwater by numerical experiments, using a numerical wave tank which is based on the Navier-Stokes equation to explain fluid fields and uses a Volume of Fluid (VOF) method to capture the free water surface. Solitary wave was generated by the internal wave source installed within the computational zone in the numerical wave tank and its wave transformations by structure were compared with those in the previous study. Comparisons with the precious numerical results showed a good agreement. Based on these results, several tow-dimensional numerical modeling investigations of the water fields, including wave transformations, reflection, transmission and energy flux, by the one- and two-rowed permeable submerged breakwater under solitary waves were performed. Even if, it is a research of the limited scope, in case of two-rowed permeable submerged breakwater with $h_0/h=0.925$ ($h_0$ is height of submerged breakwater and h is water depth), the wave height damping in range of $l/L_{eff}>0.4$($L_{eff}$ is effective distance of solitary wave) can reach nearly 60% of the incident wave height. In addition, it is found that reflection coefficient increases nearly 47% and transmission coefficient decreases nearly 18% than one-rowed one. The numerical results revealed that the tow-rowed submerged breakwater can control the incident solitary wave economically and more efficiently than the one-rowed one.

본 연구는 유체장에 대한 Navier-Stokes방정식과 자유수면을 효과적으로 추적할 수 있는 VOF법을 지배방정식으로 사용하는 수치파동수로를 적용하여 고립파(지진해일)에 대한 이열투과성수중방파제의 파랑제어기능을 수치적으로 검토한다. 고립파의 조파는 수치파동수로의 계산영역내에 설치된 수치조파기(내부조파소스)를 이용하였으며, 구조물에 의한 고립파의 파랑변형을 논한 기존의 연구결과와 본 해석결과를 비교함으로써 본 연구의 타당성을 확인하였다. 이로부터 일렬 및 이열의 투과성수중방파제에 의한 고립파의 파랑변형, 전달율, 반사율 및 에너지플럭스를 포함한 파동장의 변화를 수치시뮬레이션하였다. 비록 한정된 범위의 연구결과이지만, $h_0/h=0.925$($h_0$는 수중방파제의 천단고, h는 수심)를 갖는 이열수중방파제의 경우에 수중방파제 배치간격 $l/L_{eff}>0.4$(여기서, $L_{eff}$는 고립파의 유효거리)의 범위에서 입사파랑의 파고는 이열수중방파제에 의해 약 60%까지 감쇠되는 것을 알 수 있었으며, 일렬수중방파제에 비해 반사율이 약 47%정도로 증가하고, 전달율은 약 18%로 감소하였다. 따라서, 본 연구에서 고립파의 제어를 위해 처음으로 도입되는 투과성이열수중방파제는 일렬의 경우와 대비하여 경제적으로, 그리고 보다 효과적으로 고립파를 제어하는 것을 알 수 있었다.

Keywords

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