• 한국해양공학회지
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• 제11권2호
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• pp.107-112
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• 1997

본 연구는 자유표면 인삭을 위한 실험 기법 개발에 관한 연구이다. 2차원 수중익에 의해 발생되는 자유표면파를 연구대상으로 삼았다. 실험은 회류수조에서 행하였다. NACA 0012 수중익을 여러가지 길이와 2가지양각에 대해서 실험한 결과 생기는 비선형 자유표면 파를 인식할 수 있도록 영상처리 기술을 도입하였다. 실헙결과 얻은 자유표면 형상을 다른 연구자의 결과와 비교하였다. 비교결과 영상처리의 기법이 자유표면을 인식하는데 대단히 유용한 도구임을 알 수 있었다.

• 한국해양공학회지
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• 제12권1호
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• pp.85-98
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• 1998

본 논문의 수치해법은 경계치문제를 풀기 위하여 코시이론(Cauchy's theorem)을 사용하였다. 경계치문제는 완전한 물체표면조건과 자유표면조건을 만족시키는 초기치문제로 귀결된다. 현 수치해법에서 무한영역은 수치계산 영역인 비선형 영역과 선형 자유표면조건을 만족하는 선형영역으로 나누어진다. 선형영역의 해는 과도 그린(Green)함수를 사용하여 정합조건을 부과함으로써, 수치계산은 비선형 영역에서만 수행된다. 본 논문에서 저자는 수치계산 영역에서 코시이론을 사용하여 적분방정식을 도출하였고, 무한영역의 해는 정합면에서 과도 그린함수를 사용하여 표현하였다. 본 수치계산에서 자유표면에 요소 재분배법을 적용함으로써 쇄파현상에 대해서도 안정적인 수치해석을 할 수 있었다. 본 논문에서 개발된 수치방법을 적용한 문제는 다음과 같다. 첫째는 자유표면에서 실린더가 강제동요하는 경우에 자유표면형상과 힘을 계산하여 이전의 실험치 및 계산치와 비교하였다. 두번째로는 실린더가 자유수면하에서 일정한 속도로 항주하는 경우에는 조파저항과 양력을 계산하여 고차 스펙트럴법과 비교하였다.

• 대한조선학회지
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• 제27권4호
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• pp.32-42
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• 1990

선체표면 및 자유표면에 Rankine Source를 분포하는 방법에 의하여 선체 주위의 유동의 수치계산을 수행하였다. 선체표면 및 자유표면은 사각형 Panel들로 표시되며 자유표면 조건은 이중모형 흐름에 의해 선형화 되어 C.W. Dawson의 유한차분법에 따라 교란없는 자유표면에 적용되었다. Wigley 선형 및 Series 60, $C_B=0.6$ 선형에 대한 Fixed Condition에서의 조파저항, 선측파고, 압력분포 및 Trim & Sinkage 등을 계산하였으며 계산된 결과는 국내외 수조에서의 계측치와 비교하였다. 또한, 선체표면과 자유표면의 Panel 분할조건 및 자유표면의 설정영역의 변화에 따른 계산치의 영향도 아울러 조사하였다.

• 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.

• 한국해양공학회지
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• 제13권3호통권33호
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• pp.114-122
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• 1999

준쇄파(쇄파발생정 리플형태의 불안정파)를 수치적으로 해석하고 예측하기 위하여 수중날개를 대상으로 점성유동장의 계산을 수행하였다. Navier-Stokes 방정식을 사용하여 자유수면을 계산하였고 정도향상을 위하여 Euler 형태의 자유표면조건에 고차의 유한차문법을 적용하였다. 이산화 과정에서 자유표면 격자에 3차 풍상미분항을 적용시켜 수치계산을 수행하였고, 계산결과를 사용하여 준쇄파의 생성조건을 규명하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제8권3호
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• pp.116-121
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• 2005

본 연구에서는 자유표면을 갖는 대규모의 환경유동의 해를 구하는데 있어 비정수압의 효과를 고려하는 새로운 계산 기법을 제시하였다. Sigma 좌표계에서 시간은 전진차분으로, 공간은 중간차분 및 풍상차분을 혼합하여 2단계 해법을 도입하였다. 계산기법의 타당성과 유효성을 검증하기 위하여, 자유표면을 갖는 정상유동과 비정상유동에 대한 전형적인 예를 설정하여 정수압 계산과 비정수압 계산을 수행하고 이들을 비교하였다. 계산결과 복잡한 해저지형을 갖는 자유표면 유동에 있어, 지정수압효과가 무시할 수 없는 유동영역이 존재함이 입증되었으며, MAC기법과 같은 3차원 유체동역학적 기법을 적용하기에는 비경제적인 문제에 대해 본 계산기법이 매우 유효하게 적용될 수 있다는 가능성이 입증되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.104-114
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• 1993

본 논문에서는 점성유동에 미치는 자유표면의 영향을 조사하기 위하여 자유표면을 수직으로 관통하는 원통 주위의 유동을 수치 시뮬레이션 하였다. 수치해석 방법으로서 Artificial Compressibility Method를 사용하였으며, 계산은 낮은 레이놀드수의 영역에 국한하였다. 계산결과는 자유표면에 가까운 유체영역에서 유선, 점성항력 등에 적지않은 영향이 있음을 보여주고 있다. 자유표면의 존재는 물체 후류 중의 와류를 물체로 부터 분리시키는 방향으로, 점성항력을 감소시키는 방향으로 작용하는 것으로 보인다.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권1호
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• pp.1-8
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• 2001

본 논문에서는 비압축성 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식을 수치 해석하여 자유표면을 포함한 선체 주위의 난류 유동을 계산하였다. 정규격자 상에서 공간의 이산화는 2차 정도의 유한차분법을, 시간의 적분에는 4단계 Runge-Kutta법을 이용하였고, 난류 닫힘 조건을 만족시키기 위해 Baldwin-Lomax 난류 모형을 사용하였다. 자유표면의 위치는 운동학적 경계조건식을 Lax-Wendroff법으로 풀어서 구하였고, 자유표면과 격자 경계면을 일치시키기 위해 매 시간마다 새로 계산된 자유표면 위치에 맞추어 격자를 새로 구성하였다. 속도와 압력에 대한 경계조건은 자유표면에서 점성을 무시하여 근사한 동역학적 조건을 적용해서 구하였다. 본 연구에서 개발된 수치해법을 검증하기 위하여 실험자료가 많은 Wigley 선형과 Sries 60 $C_B=0.6$ 선형에 대해 수치계산을 수행하였고 계산된 선체 주위의 파형이 실험 결과와 잘 일치하는 것을 확인하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제39권1호
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• pp.27-32
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• 2003

본 논문에서는 수중익주위의 비선형/비정상 자유표면 유동을 다룰 수 있는 시간영역 수치해법으로 고차 스펙트럴법과 경계적분법을 조합한 고차 스펙트럴/경계적분법을 이용하였다. 이 수치해법은 자유표면 요소수를 N이라 할 때 그 산술 계산량이 NlogN에 비례하여 증가하므로 N 이 클 때는 거의 선형적으로 증가한다. 따라서, 이 수치해법은 자유표면 유통의 계산에 있어 매우 효율적인 방법이다. 적용예로서 균속전진하는 수중익에 의한 발생파형 계산결과를 Duncan/sup 3)/의 실험결과와 비교하였고 대체로 좋은 일치를 보이고 있다. 또한, 전진하며 상하동요하는 수중익에 의한 발생파형과 양력, 후류 보오텍스 둥을 시간영역에서 시뮬레이션하여 본 방법이 수중익주위 자유표면 유동의 다양한 문제들에 적용될 수 있는 강력한 수단임을 보였다.

• 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.