In this study, wave characteristics coming with oblique incident angle to permeable trapezoidal submerged breakwater on the porous seabed are calculated by using boundary element method. This numerical analysis, based on the wave pressure function, is analyzing the continuity in the analytical region including fluid and structure. From the comparison of the reflection coefficients and damping coefficient, the results of this study are in good agreement with the existing results. The peak values of reflection coefficient obtained by permeable trapezoidal submerged breakwater on the porous seabed are smaller than those of permeable trapezoidal submerged breakwater on the non-porous seabed. The velocity vector in front of permeable trapezoidal submerged breakwater on the porous seabed is smaller than that in front of permeable trapezoidal submerged breakwater on the non-porous seabed with out the energy loss.
This analysis method is based on the wave pressure function with the continuity in the analytical region including fluid and porous structures. Wave profiles coming with oblique angle to permeable submerged breakwater on the porous seabed are computed numerically by using boundary element method. When compared with the existing results for the oblique incident wave, the results of this study show good agreement. The results indicate that wave profiles own high dependability regarding the change of oblique incident waves and permeable submerged breakwater on the porous seabed. Therefore, the analysis method of this study are estimated to be applied as an accurate numerical analysis referring to oblique incident waves and permeable submerged breakwater on the porous seabed in real sea environment.
To examine the effect of shape and crest width variation of a permeable submerged breakwater on the wave energy dissipation, Two-Dimensional numerical model with Large Eddy Simulation, which is able to simulate directly WAve Structure Seabed interaction (hereafter, LES-WASS-2D) has been newly developed. A good agreement has been obtained by the comparison between the existing experimental results and LES-WASS-2D model's results for the permeable submerged breakwater. Moreover, based on the LES-WASS-2D model, the wave energy dissipation due to a permeable submerged breakwater are discussed for regular and irregular waves with relation to its crest width and shape.
In the past, ports have been mainly developed in natural harbors but nowadays ports are built wherever they can be economically justified. Therefore, construction of breakwater in area that establishment of structure is disadvantageous is risen according to the change of conditions to the location for ports. In case of building gravity breakwater in such point, need that plane shapes of more reasonable section permitting wave overtopping is necessary. One of the earliest methods for solving unsteady incompressible flow including free surfaces is the MAC(Marker And Cell) method by Harlow and Welch (1965). Recently. VOF(Volume Of Fluid) method to improve several drawbacks of MAC method is suggested by Hirt and Nichols(1981) and utilized extensively in fields of hydrodynamics. Wave overtopping phenomenon is simulated including wave breaking for permeable breakwater by numerical analysis and investigated features of wave overtopping behind structure using VOF method.
본 논문은 사석이나 소파블록 투과방파제로 이루어진 항만의 평면파랑장 해석모델에 있어서 중요한 변수인 구조물 내부의 투과파 속도와 저항계수를 수치모델에 사용하기 편리하도록 정의하고, 시간의존 완경사방정식 모델에 이들 방법과 임의투과율 경계조건을 사용하여 투과 사석방파제 주변의 평면파랑장을 해석할 수 있는 모델을 제시하였다. 모델의 검증은 조파수로 내에서 투과제에 대한 단면 수리모형실험을 실시하여 구조물 전$.$후 면의 수위변동을 측정하고 모델의 결과와 시계열로 비교하였으며, 현지 항만의 소파블록 투과제에 대한 3차원 수리모형실험 결과와 모델의 결과를 항내 구역파고비로 비교하여 이루어졌다. 본 모델은 검증을 통하여 수리모형의 실험결과에 대한 재현성이 매우 좋음을 확인할 수 있었다.
Recently, the studies on submerged breakwater are increased due to needs considering the quality of water and the scenic view. In this paper, waves coming to permeable submerged breakwater coming with oblique angle are computed numerically by using wave pressure function. The wave pressure function throughout the analytical region including the fluid and submerged breakwaters is used. An unknown quantity expressed by the wave pressure function is simulated by boundary element method. The maximum reflection coefficient shows the tendency of decrease with the increase of oblique angle and The reflection coefficient shows the tendency of increase with the increase of the values of the linear dissipation coefficient and the added mass coefficient. It is means that the reflection coefficients are strongly dependent on the oblique angle and resistance coefficients.
최근 입사하는 파랑으로부터 해역을 보호하기 위해 다양한 형태의 해안구조물이 건설되어 왔다. 그 중에서 잠제는 경관성, 시공성, 환경성 측면의 우수한 장점 때문에 소파 및 표사제어 구조물로 폭넓게 사용되고 있다. 본 연구에서는 불규칙파동장에 설치된 VOF법에 기초한 2차원 수치파동수로를 적용하여 투과성잠제 배후에서 파랑에너지 변화특성과 전달율에 대하여 수치적으로 검토하였다. 주파수스펙트럼 해석결과로부터 쇄파가 발생한 경우 일렬 투과성잠제는 스펙트럼 피크가 단주기 쪽으로 이동하였으며, 이열 투과성잠제는 전 주기대에 걸쳐 파랑 에너지가 고르게 분포하고 있었다. 쇄파가 발생하지 않은 경우 투과성잠제 배후에서의 스펙트럼 피크는 유의주기대에서 나타나고 있었다. 투과율의 해석결과로부터 쇄파가 발생한 경우보다 쇄파가 발생하지 않은 경우에 투과성잠제 배후로 상당량의 파랑에너지가 전달되는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 투과성잠제 주변의 파동장 해석을 위한 2-D 수치해석기법과 3-D 수치해석기법에 의한 결과를 비교하기 위하여 투과성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려할 수 있는 수치해석기법을 이용하고, 난류모델로서 LES 모델을 도입하여 기존에 수행되었던 수리모형실험과의 비교를 통하여 검증하였다. 수치해석결과로부터 투과성잠제의 배후에서 2-D해석에 의한 결과가 3-D해석의 경우보다 높은 파고분포를 나타내었으며, 잠제 주변의 평균류에 대해서도 비교, 논의하였다.
본 연구에서는 투과성잠제의 비탈면경사가 주변 파동장에 미치는 영향을 검토하기 위해 투과성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려할 수 있는, 즉 파-구조물-지반의 상호작용을 해석할 수 있는 수치모델에 LES 난류모델을 도입한 새로운 수치해석기법(LES-WASS-2D)을 제안하여 기존에 수행되었던 수리모형실험과의 비교를 통하여 검증하였다. 이러한 수치해석기법을 이용하여 투과성잠제의 비탈면경사의 변화에 대한 수치모의를 수행한 결과, 비탈면경사가 완만해질수록 반사율 및 투과율이 감소함과 동시에 에너지손실(Energy loss)이 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, 잠제의 비탈면경사의 변화에 따른 마루에서 쇄파점의 위치 및 잠제 배후에서의 순환류와 평균와도의 규모에 대해서도 논의하였다.
In the study, the interaction characteristics among incident waves, run-up and internal waterlevel at core layer of breakwaters were investigated. The effect of core materials on the internal waterlevel characteristics are also discussed using the results with both regular and irregular wave tests. The main results obtained are as follows; The higher internal waterleve was observed under the permeable breakwater with core layer of the lower permeability than with the higher one. And, the internal waterlevl decreased as far as the distance from the toe. In the irregular wave test, the grouping characteristics of incident waves make large fluctuation of the waterlevel. Especially, breakwaters internal waterlevel appeared to affect the hydraulic characteristics on slope.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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