Kim, Yun-Ho;Sung, Hong-Gun;Cho, Seok-Kyu;Choi, Hang-Shoon
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.2
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pp.69-78
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2013
This study is constructed to investigate the sloshing effect on the motions of a two-dimensional rectangular cylinder experimentally and numerically. The modes of motion under consideration are sway and roll, and also experimental cases are divided by two categories; 1-DoF roll motion and 2-DoF motion (Coupling sway and roll). It is found that the sway response is considerably affected by the motion of the fluid, particularly near the sloshing natural frequency, while the roll response changes comparatively small. The dominant mode of motion is analyzed for 2-DoF experiments as well. The measured data for 1-DoF motions is compared with numerical results obtained by the Multi-modal approach. The numerical schemes vary in detail with the number of dominant sloshing modes; i.e. there is a single dominant mode for the Single-dominant method, while the Model 2 method assumes that the first two modes are superior. For the roll motion, numerical results obtained by the two different methods are relatively in good agreement with the experiments, and these two results are similar in most wave frequency range. However, the discrepancies are apparent where the fluid motion is not governed by a single mode. But both of numerical methods over-predict the motion at the vicinity of the sloshing natural frequency. In order to correct the discrepancy, the modal damping needs to be investigated more precisely. Furthermore, another multi-modal approach, such as the Boussinesq-type method, seems to be required in the region of the intermediate liquid.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2015.05a
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pp.43-43
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2015
천수방정식을 사용하는 초기 수치모형은 프로드수($F_4$)가 변화하는 흐름 즉, 상류방향과 하류방향으로 전파하는 홍수파를 동시에 해석하기 위해 중앙 차분기법이 필요한 상류(sub-critical flow)와 흐름방향에 따른 상류이송(upwinding)기법이 필요한 사류(super-critical flow)가 나타나는 흐름해석에서 어려움이 있었다. 하지만, 근사 Riemann 해법의 등장으로 흐름방향에 관계없이 특성선을 따라 정확한 상향가중기법의 적용이 가능하게 되어, 천수방정식을 지배방정식으로 하는 수치모형이 더욱 실용적으로 적용될 수 있도록 하였다. 따라서, 현재 근사 Riemann 해법은 Godunov 형 유한체적 기법, 불연속 Galerkin 혹은 Petrov-Galerkin 유한요소기법 그리고 Boussinesq 기법에도 적용되고 있으며, 특히 Godunov 형 유한체적기법과 결합한 근사 Riemann 해법은 댐 붕괴, 하천 범람 그리고 도시 및 해안지역 침수에 이르기까지 여러 가지 문제에 폭넓게 적용되고 있다. 지금까지 홍수 모델링에 적용된 Godunov형 유한체적모형은 정형 사각격자나 비정형 삼각격자 중에서 한가지의 격자 종류만을 적용한 연구가 주로 수행되었으며, 유한요소모형과 같이 이 두 가지 격자를 동시에 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 일반적으로, 삼각격자는 사각격자와 는 달리 연구유역의 경계나 지형이 복잡한 경우에도 큰 노력없이 격자의 생성이 가능하나, 격자와 노드의 수가 사각격자보다 많아 계산시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 반면, 사각격자는 하천과 같이 선형으로 변하는 지형에 대해서는 표현하기가 용이하며 계산시간의 효율성도 뛰어나다. 본 연구에서는 하천, 도시 그리고 해안지역에서의 효율적이고 정확한 홍수 모델링을 위해 삼각 및 사각격자 그리고 이 두 격자를 동시에 고려한 하이브리드 격자의 적용이 가능한 Godunov형 2차원 유한체적 모형을 개발하였다. 그리고 개발모형을 정확해가 있는 댐 붕괴 문제, 실측치가 존재하는 실험하도 및 실제하도에 삼각, 사각 그리고 혼합격자를 생성하여 모의를 수행하고, 각 적용 격자에 따른 정확성과 효율성 및 장점과 단점을 연구하였다.
The Haeundae beach and coast suffered synthetical dramatic changes especially in the nearshore topography by the beach nourishment project (i.e., 2013-2015). A previous study showed the rip current characteristics were changed according to the topographical change in terms of their magnitudes and likelihoods through numerical simulations using the FUNWAVE model. The magnitude and likelihood of rip currents decreased because the surfzone width decreased just after the beach nourishment. In this study, however, numerical simulations of the Haeundae rip currents were performed by using the 2017- and 2020-surveyed topographies changed for several years after the beach nourishment. From the simulation results using the topographies surveyed before and after the beach nourishment, it was found that the magnitude and likelihood of rip currents increased due to its increasing surfzone width in 2017 and 2020 and they might be increasing larger than those before the beach nourishment.
Granular compaction piles have the load bearing capacity of the soft ground increase and have the settlement of foundation built on the reinforced soil reduce. The granular compaction group piles also have the consolidation of the soft ground accelerate and have the liquefaction caused by earthquake prevent using the granular materials such as sand, gravel, stone etc. However, this method is one of unuseful methods in Korea. The Granular compaction piles are constructed by grouping it with a raft system. The confining pressure at the center of bulging failure depth is a major variable in relation to estimate for the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles. Therefore, a share of loading is determined considering the effect of load concentration ratio between the granular compaction piles and surrounding soils, and varies the magnitude of the confining pressure. In this study, method for the determination of the ultimate bearing capacity is proposed to apply a change of the horizontal pressure considering bulging failure depth, surcharge and loaded area. Also, the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles is evaluated on the basis of previous study on the estimation of the ultimate bearing capacity and compared with the results obtained from laboratory scale model tests. And using the result from laboratory model tests, it is studied increase effect of the bearing capacity on the granular compaction piles and variance of coefficient of consolidation for the ground.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.6
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pp.434-449
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2019
In this study, we develop a new cross-shore sediment module which takes the effect of infra-gravity waves of bound mode, and boundary layer streaming on the sediment transport into account besides the well-known asymmetry and under-tow. In doing so, the effect of individual random waves occurring during the unit observation period of 1 hr on sediment transport is also fully taken into account. To demonstrate how the individual random waves would affect the sediment transport, we numerically simulate the non-linear shoaling process of random wavers over the beach of uniform slope. Numerical results show that with the consistent frequency Boussinesq Eq. the application of which is lately extended to surf zone, we could simulate the saw-tooth profile observed without exception over the surf zone, infra-gravity waves of bound mode, and boundary-layer streaming accurately enough. It is also shown that when yearly highest random waves are modeled by the equivalent nonlinear uniform waves, the maximum cross-shore transport rate well exceeds the one where the randomness is fully taken into account as much as three times. Besides, in order to optimize the free parameter K involved in the long-shore sediment module, we carry out the numerical simulation to trace the yearly shoreline change of Mang-Bang beach from 2017.4.26 to 2018.4.20 as well, and proceeds to optimize the K by comparing the traced shoreline change with the measured one. Numerical results show that the optimized K for Mang-Bang beach would be 0.17. With K = 0.17, via yearly grand circulation process comprising severe erosion by consecutively occurring yearly highest waves at the end of October, and gradual recovery over the winter and spring by swell, the advance of shore-line at the northern and southern ends of Mang-Bang beach by 18 m, and the retreat of shore-line by 2.4 m at the middle of Mang-Bang beach can be successfully duplicated in the numerical simulation.
Paddlewheel-driven circulation in a culture pond has been simulated based on the depth integrated 2 dimensional hydrodynamic model. Acceleration by paddlewheel is expressed as shaft force divided by water mass discharged by paddlewheel blades. The model has been calibrated and applied to culture ponds as following steps:- i) The model predicted velocities at every 10 m along longitudinal direction from the paddlewheel. The model was calibrated comparing the results with the measured values at mass correction factor $\alpha$ and dimensionless eddy viscosity constant $\gamma$, respectively, in a range $15\~20$ and 6. ii) Wind shear stress was simulated under conditions of direction $0^{\circ}C,\;90^{\circ}C\;and\;180^{\circ}C$ and speed 0.0, 2.5, 5.0 and 7.5 m/s. Change rate of current speed was <$1\%$ at wind in parallel or opposite direction to the paddlewheel-driven jet flow, while $4\%$ at orthogonal angle. iii) The model was then applied to 2 culture ponds located at the Western coast of Korea. The measured and predicted currents for the ponds were compared using the regression analysis. Analysis of flow direction and speed showed correlation coefficients 0.8928 and 0.6782 in pond A, 0.8539 and 0.7071 in pond B, respectively. Hence, the model is concluded to accurately predict circulation driven by paddlewheel such that it can be a useful tool to provide pond management strategy relating to paddlewheel operation and water quality.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.31
no.3
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pp.101-114
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2019
In this study, we carry out the numerical simulation to trace the yearly shoreline change of Mang-Bang beach, which is suffering from erosion problem. We obtain the basic equation (One Line Model for shoreline) for the numerical simulation by assuming that the amount of shoreline retreat or advance is balanced by the net influx of longshore and cross-shore sediment into the unit discretized shoreline segment. In doing so, the energy flux model for the longshore sediment transport rate is also evoked. For the case of cross sediment transport, the modified Bailard's model (1981) by Cho and Kim (2019) is utilized. At each time step of the numerical simulation, we adjust a closure depth according to pertinent wave conditions based on the Hallermeier's analytical model (1978) having its roots on the Shield's parameter. Numerical results show that from 2017.4.26 to 2017.10.15 during which swells are prevailing, a shoreline advances due to the sustained supply of cross-shore sediment. It is also shown that a shoreline temporarily retreats due to the erosion by the yearly highest waves sequentially occurring from mid-October to the end of October, and is followed by gradual recovery of shoreline as high waves subdue and swells prevail. It is worth mentioning that great yearly circulation of shoreline completes when a shoreline retreats due to the erosion by the higher waves occurring from mid-March to the end of March. The great yearly circulation of shoreline mentioned above can also be found in the measured locations of shoreline on 2017.4.5, 2017.9.7, 2017.11.7, 2018.3.14. However, numerically simulated amount of shoreline retreat or advance is more significant than the physically measured one, and it should be noted that these discrepancies become more substantial for the case of RUN II where a closure depth is sustained to be as in the most morphology models like the Genesis (Hanson and Kraus, 1989).
Granular compaction pile has the load bearing capacity of the soft ground increase and has the settlement of foundation built on the reinforced soil reduce. The granular compaction group piles also have the consolidation of the soft ground accelerate and prevent the liquefaction caused by earthquake using the granular materials such as sand, gravel, stone etc. However, this method is not widely used in Korea. The granular compaction piles are constructed by grouping them with a raft system. The confining pressure at the center of bulging failure depth is a major variable in estimating the ultimate bearing capacity of the granular compaction piles. Therefore, a share of loading is determined considering the effect of load concentration ratio between the granular compaction piles and surrounding soils, and the variation of the magnitude of the confining pressure. In this study, a method for the determination of the ultimate bearing capacity is proposed to apply a change of the horizontal pressure considering bulging failure depth, surcharge, and loaded area. Also, the ultimate bearing capacity of the granular compaction pile is evaluated on the basis of previous study(Kim et al., 1998) on the estimation of the ultimate bearing capacity and compared with the results obtained from laboratory scale model tests and DEM numerical analysis using the PFC-2D program.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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