International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권4호
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pp.569-579
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2013
A steel-type breakwater that uses a submerged dual horizontal porous plate was originally proposed by Kweon et al. (2005), and its hydrodynamic characteristics and design methodology were investigated in a series of subsequent researches. In particular, Kweon et al. (2011) proposed a method of estimating the vertical uplift force that acts on the horizontal plate, applicable to the design of the pile uplift drag force. However, the difference between the method proposed by Kweon et al. (2011), and the wave force measured at a different time without a phase difference, have not yet been clearly analyzed. In this study, such difference according to the method of estimating the wave force was analyzed, by measuring the wave pressure acting on a breakwater model. The hydraulic model test was conducted in a two-dimensional wave flume of 60.0 m length, 1.5 m height and 1.0 m width. The steepness range of the selected waves is 0.01~0.03, with regular and random signals. 20 pressure gauges were used for the measurement. The analysis results showed that the wave force estimate in the method of Kweon et al. (2011) was smaller than the wave force calculated from the maximum pressure at individual points, under a random wave action. Meanwhile, the method of Goda (1974) that was applied to the horizontal plate produced a smaller wave force, than the method of Kweon et al. (2011). The method of Kweon (2011) was already verified in the real sea test of Kweon et al. (2012), where the safety factor of the pile uplift force was found to be greater than 2.0. Based on these results, it was concluded that the method of estimating the wave force by Kweon et al. (2011) can be satisfactorily used for estimating the uplift force of a pile.
Experimental and numerical investigations were conducted to study the performance of a surface-fixed horizontal porous wave barrier in regular waves. The characteristics of the reflection and transmission coefficients, energy dissipation, and vertical wave force were examined versus different porosities of the barrier. Numerical simulations based on 3D Reynolds Averaged Navier-Stokes equations with standard low-Re k-ε turbulent closure and volume of fluid approach were accomplished and compared with the experimental results conducted in a 2D wave tank. Experimental measurements and numerical simulations were shown to be in satisfactory agreement. The qualitative wave behavior propagating over a horizontal porous barrier such as wave run-up, wave breaking, air entrapment, jet flow, and vortex generation was reproduced by CFD computation. Through the discrete harmonic decomposition of the vertical wave force on a wave barrier, the nonlinear characteristics were revealed quantitatively. It was concluded that the surface-fixed horizontal barrier is more effective in dissipating wave energy in the short wave period region and more energy conversion was observed from the first harmonic to higher harmonics with the increase of porosity. The present numerical approach will provide a predictive tool for an accurate and efficient design of the surface-fixed horizontal porous wave barrier.
지진해일은 그 파랑이 연안 도시로 범람하여 육상 구조물에 피해를 주게 된다. 육상 구조물에 미치는 파압 및 파력에 대한 연구는 육상 구조물의 안정성 설계의 중요한 요인 중 하나이다. 본 연구에서는 단순화한 박스구조물에 미치는 지진 해일의 수평 파력 및 파압에 대한 2차원 단면 수리모형실험을 수행하였다. 시간에 따른 수평 파압의 수직 분포와 파력을 파압계와 파력계를 사용하여 계측하여 상호 비교하였다. 또한, 쇄파의 형태도 다양하게 고려하여 계측하였다. 쇄파된 파랑이 입사하는 경우 구조물에 미치는 수평 파력이 최대가 되는 순간에는 수평 파압이 수직적으로 균일하였고, 그 외의 경우에는 육상 저면에 가까울수록 수평 파압이 커지는 분포를 보였다. 최대 수평 파력을 다양한 입사파랑 조건에 대한 함수로 표현하기 위해 쇄파상사계수를 사용하여 수평 파력과의 관계식을 산출하였다. 그 결과 무차원화한 수평 파력은 쇄파상사계수가 증가함에 따라 지수적으로 감소하는 경향을 있음을 보였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.733-742
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2020
Taking the cylindrical float of the floating fence of a floating litter collection device as the research object, based on the shallow immersion characteristics of the cylindrical float, the Morison equation is modified, and the interaction between regular waves and the partially immersed horizontal cylindrical float is discussed in combination with scale model test. The results show that the modified Morison equation can accurately predict the wave force of the horizontal cylindrical float and reveal the influence of amplitude, immersion depth and period on the wave force of the cylindrical float. For partially immersed cylindrical floats, the wave force increases with the increase in wave height and decays with the increase in period. The positive value distribution of the wave force is larger than that of the negative direction, and the difference between the positive and negative directions is mainly affected by the immersion depth.
This study investigated the applicability of four empirical equations (Morihira et al., 1967; Goda, 2010; Jensen, 1984 and Bradbury et al., 1988; Pedersen, 1996) suggested for estimating the horizontal wave force on the crown wall of sloping breakwaters. For the two exemplary cross sections of the breakwaters whose geometry are apparently different each other, the estimates of horizontal wave force calculated by the four equations were compared. The values of estimated wave force showed considerable discrepancy among the equations for each of the two exemplary breakwater cross sections, respectively. In addition, the relative magnitude of the wave force was quite different according to the breakwater geometry as well as the design wave condition. In general, Morihira's or Goda's formulae produced larger estimates of the horizontal wave force than Jensen/Bradbury's or Pedersen's formulae if the wave period (or wavelength) is comparatively short. In contrast, exactly opposite result was obtained when the wave period or wavelength is comparatively long. Further detailed study based on physical experiments is required to examine the applicability of the four empirical equations considered in this study more thoroughly.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권3호
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pp.201-207
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2011
In this paper, we focused on computing the higher-harmonic components of the transmitted wave passing over a submerged circular cylinder to show that it is causing a horizontal negative drift force. As numerical models, a circular cylinder held fixed under free surface in deep water is adopted. As the submergence of a circular cylinder decreases and the incident wavelength becomes longer, the higher-harmonic components of the transmitted wave starts to increase. An increase of the higher-harmonic components of the transmitted wave makes the horizontal drift force be negative. It is also found that the higher-harmonic amplitudes averaged over the transmitted wave region become larger with the increase of wave steepness and wavelength as well as the decrease of submergence depth.
Based on the recent laboratory experiments (Kim et al. 2004), comparisons of caisson sliding distance are made between the computations and experiments. The time history model of wave force, which is proposed by Tanimoto et al. (1996), is modified in the standing wave part of horizontal and uplift wave forces because of the overestimation of the time history model. The comparison between experimental and computational sliding distance has showed that the caisson tilting increases the resistant force to the horizontal sliding. Therefore, a titling resistant force, which is caused by caisson tilting, is introduced into computation of sliding distance.
테트라포드로 피복된 경사식방파제 상부구조물에 파가 경사 입사할 때의 파력 변화를 관찰하기 위한 수리모형실험을 수행하였다. 입사파향은 0, 15, 30, 45° 4가지로 변화시켰으며 상부구조물 전면 및 하부면에 파압계를 부착하여 수평 및 연직파력을 계측하였다. 실험을 통해 입사각과 구조물 전면이 이루는 각도가 증가할수록 수평 및 연직 파력이 모두 감소함을 확인하였다. 실험자료 분석 결과로부터 입사파향에 대한 수평 및 연직 파력 감소율 산정식을 각각 제시하였다.
The objective of this study is to examine the nonlinear fluid characteristics near and inside a moonpool in various sea conditions. We estimate the flow of the free surface in a moonpool taking into account the viscosity effect and the hydrodynamic forces that affects a moonpool and hull through CFD calculations. The comparison of horizontal forces per wave length shows that the hydrodynamic force is greater for the long wave length than short wave length, and the greatest hydrodynamic force acts on the moonpool when the wave length is equal to the ship's length. The horizontal force decreases as the wave amplitude decreases, and the hydrodynamic force acting on the moonpool in ${\lambda}=LBP$ is 10 times that in ${\lambda}=LBP/3$. The free surface demonstrates the piston mode, in which it oscillates up and down while remaining essentially flat, and the rise of the free surface level increases as the wave length increases. We can assume that the hydrodynamic force acting on the moonpool increases owing to the effect of a strong vortex for ${\lambda}=LBP$ and owing to the rise of the free surface level for ${\lambda}=LBP{\times}2$.
이 연구에서는 단면 수리모형실험을 통해 파의 여러 위상에 따라 단일 및 이중유수실 유공케이슨 방파제의 연직벽에 작용하는 최대 수평파력을 계측하고 그 크기를 서로 비교하였다. 본 실험 자료 분석 결과 이중유수실 케이슨의 유수실 전체 폭이 단일유수실의 폭과 동일한 경우 이중유수실 케이슨에 작용하는 총 수평파력이 평균적으로 9.6% 작은 것으로 나타났다. 이러한 파력 저감 효과는 이중유수실 케이슨 방파제의 유공 전면벽과 무공 후면벽 사이에 위치한 유공 중간벽에서 파 에너지가 소산되기 때문인 것으로 파악되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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