• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제7권4호
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• pp.216-223
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• 2004

본 논문에서는 3차원 비선형 슬러싱 유동에 대한 수치해법을 개발하였다. 탱크내에서 과도한 슬러싱 유동이 일어나는 경우에는 슬러싱 유동에 의해 유기되는 유체 충격력에 의해 탱크 내부 부재나 탱크 자체의 손상을 야기할 수 있다. 비선형 슬러싱 유동을 포텐셜 유동 이론에 근거한 자유표면파 문제로 정식화하고, 엄밀한 비선형 자유표면 경계조건을 적용하여 수치적으로 해석하였다. 안정된 수치 해법 개발을 위해 해밀톤 원리에 근거한 변분법을 사용하였으며 얻어진 변분식에 유한 요소법을 적용하여 해석하였다. 비선형 자유표면 유동은 시간영역에서의 초기치 문제로 해석하였으며 자유표면의 위치는 매 계산 시간 간격마다 반복계산에 의해 결정되었다. 수치 해석 결과로는 탱크내에 위치한 파이프에 비선형 슬러싱 유동에 의해 야기되는 유체 충격력을 구하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.80-89
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• 1992

자유표면파 문제에서의 방사조건을 위해 두가지 기법을 적용하여 보았다. 우선, 가상감쇠의 개념을 적용하여 일정한 구간에서 파를 감쇠시킴으로써 열린경계면(open boundary)에서 반사파를 제거하는 방법을 적용하여 보았다. 또 다른 방법으로서는 Orlanski의 방법을 변형하여 적용함으로써 단방향 파동에 대한 방사조건 처리기법을 다루었다. 몇가지의 전형적인 자유표면파문제에 대해 이들 기법을 적용하여 그 유용성을 고찰하였는데, 이들 기법은 그 적용방법이 간단하고 비선형문제에서도 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 문제의 해법으로 기본 쏘오스 분포법이 사용되었고 비선형의 자유표면 경계조건이 적용되었다.

• 대한조선학회지
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• 제27권3호
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• pp.19-30
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• 1990

본 논문에서는 비선형 자유표면파의 수치해법 개발을 위한 노력의 일환으로서, 하밀톤 원리에 근거한 비정상 자유표면파 문제에 대한 범함수를 정의하였다. 즉, 고전적인 하밀톤 원리에 자유표면 경계조건에 따른 수정항을 고려해 줌으로써 본 문제에 적합한 두 범함수를 만들 수 있다, 본 논문에서는 첫째, 선형문제에서의 고유치 문제를 해석하여 두 범함수가 선형 분산관계식의 상한과 하한치를 가지는 것을 보여준다. 둘째로, 비선형 정상문제에 두 범함수를 응용하여 고립파(solitary wave)의 파고 및 속도의 근사 관계식을 유도하였다. 이 근사 관계식들의 수치계산결과는 Longuet-Higgins & Fenton(1974)의 해석해와 비교하여 좋은 결과를 보여준다. 세째로, 전 유체영역을 유한요소로 분할하여 유한요소법에 의한 고립파의 파형 및 특성치들의 계산결과들을 보여준다. 특히 본 논문에서는 분할한 유한요소의 수에 따른 수치해의 수렴을 보여준다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.98-111
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• 1993

2차원 비정상 비선형 자유표면파를 해석하고 자유표면파에서의 점성효과를 관찰하였다. 유동장내의 Navier-Stokes 방정식과 연속방정식을 풀기 위해 유한해석법을 적용하였고, 자유표면의 처리를 위해 MAC 기법을 적용하였다. 그리고, 자유표면에서는 표면장력을 고려한 경계조건을 적용하였으며, 층류에 대한 점성효과만을 고려하였다. 계산모델은 천수역에서의 점성영향, 자유표면 근처에서의 보오텍스 쌍(vortex-pair)의 거동 및 전진하는 부유체 앞에서의 자유표면파문제 등이다. 천수역문제에서는 바닥과의 마찰에 기인한 자유표면파의 변화를 고찰하였으며, 특히 고립파에 대한 적용으로서 파고의 감소정도, 수직벽면에서의 파상승(wave run-up) 및 수심의 변화로 인한 유장변화 등을 살펴보았다. 보오텍스 문제에서는 보오텍스의 이동에 따른 자유표면주위의 유동변화를 관찰하였으며, 사각부유체 주위의 유동문제에서는 전진속도의 차이에 따른 자유표면파의 차이 및 물체주위의 유동특성을 관찰하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.65-72
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• 1993

본 논문에서는 비선형 자유표면파 문제에 대한 수치해법을 개발하였다. 궁극적인 물리적 모델은 수조시험에서의 조파저항 실험으로서 이를 모사하는 수치실험을 위한 수치해법을 개발하는데 그 목적이 있다. 수치해법으로서는 선형 문제에서 이미 수치방사조건의 효율성이 입증된 국소유한요소법을 비선형 문제에 응용하였다. 수치 계산과정에서는 교란원인 압력 분포면으로부터 멀리 떨어진 곳에서는 선형해를 이용하고 교란원 근처에서는 엄밀한 비선형 조건을 만족시켰다. 비선형 영역과 선형 영역 사이에는 비선형-선형 천이 완충영역을 수치 계산영역 내에 도입하여 적절히 수치 정합을 하였다. 수치 계산 과정중 각 축차 단계에서의 모드 해석을 이용하여 계산 시간을 월등히 줄일 수 있었다. 수치 계산 모형으로는 수조 실험을 모사한 자유표면 압력 분포면이 균일한 속도로 전진하는 문제를 택하였다. 본 수치계산 방법의 효율성으로 인하여 기존의 수치 계산 방법에 비해 월등이 큰 계산영역을 사용 수치계산을 수행할 수 있었다. 교란원에서 먼 하류에서 채택된 비선형 자유표면파를 선형 계산 결과와 비교하여 그동안 부분적으로 연구된 비선형파의 특성을 규명할 수 있었다. 비선형 효과에 의해 캘빈각이 증가하며, 캘빈각 근처의 파고와 파수가 증가하는 것을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.27-37
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• 1991

본 논문에서는 축대칭 회전 몰수체가 자유표면하에서 운동하고 있을때 이에 의한 비선형 표면파의 생성과 물체에 작용하는 힘을 계산하였다. 축대칭 포텐시얼 경계치 문제를 해석하기 위하여 경계 적분 방정식을 풀었으며, 시간에 따른 자유표면의 변화를 추적하기 위한 수치적분방법으로 Runge-Kutta 4차 방법을 사용하였다. 이 결과로부터 축대칭 몰수체에 작용하는 힘을 계산하였고, 선형이론과 비선형 이론에 의한 결과를 비교하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제10권3호
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• pp.96-104
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• 1996

Hamilton's principle is used to derive Euler-Lagrange equations for free surface flow problems of incompressible ideal fluid. The velocity field is chosen to satisfy the continuity equation a priori. This approach results in a hierarchial set of governing equations consist of two evolution equations with respect to two canonical variables and corresponding boundary value problems. The free surface elevation and the Lagrange's multiplier are the canonical variables in Hamilton's sense. This Lagrange's multiplier is a velocity potential defined on the free surface. Energy is conserved as a consequence of the Hamiltonian structure. These equations can be applied to waves in water of finite depth including generalization of Hamilton's equations given by Miles and Salmon.

• 한국항만학회지
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• 제12권1호
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• pp.87-93
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• 1998

항만공학 분야의 해양파 문제에서 비선형이 강한 자유수면 문제를 수치적으로 해석하였다. 자유수면 격자를 유한차분법의 이산화 과정을 통해 재연한 것으로 자유표면 경계조건에 3차 미분항을 추가시켜 수치실험을 수행하였다. MAC 방법에 새로운 수치 기법을 도입하여 수면깊이 및 받음각에 따른 수치결과를 기존의 방법과 상호 비교하였다. 본 수치연구는, 점성유동장 계산에서 3차 풍상미분항이 자유표면파 생성에 효과가 크게 나타남을 보여 주었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.45-56
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• 1994

2차원 수중익 주위의 비선형 자유표면 유동을 시간영역에서 시뮬레이션할 수 있는 수치해법이 개발되었다. 본 수치해법은 고차 스펙트럴법과 경계요소법을 조합한 스펙트럴/경계요소법(spectral/boundary-element method)이며, 자유표면은 고차 스펙트럴법에 의해 그리고 수중익과 후류 보오텍스는 경계요소법에 의해 다루어 진다. 본 방법은 자유표면과 수중익의 비선형/비정상 상호작용문제에 폭넓게 적용될 수 있으며, 특히 스펙트럴법을 사용하므로 자유표면 유동을 매우 효율적으로 다룰 수 있다. 적용예로 정지상태에서 출발하여 자유표면 근처에서 균속 전진운동 또는 전진 및 동요운동을 하는 경우가 다루어 졌고, 자유표면파와 동유체력에서의 비선형/비정상 효과들이 보여지고 있다. 비정상해의 특수한 경우로 얻어지는 정상상태의 계산결과들이 다른 이론 또는 실험결과들과 비교되었으며, 좋은 일치를 보이고 있다.

• 한국해양공학회지
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• 제16권3호
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• pp.34-39
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• 2002

본 논문에서는 수면파(Surface wave)와 수중파 (Internal wave)간의 동적 상관관계에 관하여 수행된 연구결과를 정리하였다. 표면파의 비선형 문제는 파의 경사매개변수를 2차원으로 가정하여 해석하였으며, Cauchy 문제는 불균일 조류상의 균일 수면중력파에 대하여 해석하였다. 또한, 파의 경사, 주기의 범위(Frequency range) 그리고 자유표면하의 조류의 분포들간의 조화에 대한 연구가 수행되었으며 해류 및 이동파와 연계되어 수중파의 최전 후방에 형성될 수 있는 정적 파형 (Steady wave pattern)이 수면파형에 포함되었다.