• Title/Summary/Keyword: Shallow Water Equation

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지진해일 전파 수치모의를 위한 2차원 유한요소모형의 능동적 분산보정기법 (Active Dispersion-Correction Scheme of 2-D Finite Element Model for Simulation of Tsunami Propagation)

  • 윤성범;임채호
    • 한국해안해양공학회지
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    • 제17권1호
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    • pp.1-8
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    • 2005
  • 지진해일을 수치모의할 때 임의로 구성된 유한요소망과 양해법을 사용하면서도 Boussinesq 방정식과 같은 정도의 물리적 분산효과를 고려할 수 있는 능동적인 분산보정 2차원 유한요소모형을 개발하였다. 새로운 기법을 이용하여 계산한 수치해와 파의 분산효과를 고려한 해석해의 비교를 통해 본 연구에서 개발한 분산보정기법의 타당성을 입증하였다. 그 결과 개발된 수치모형이 상당히 정확함을 보였다.

해저구조물에 대한 비선형분산파의 변형 (Deformation of Non-linear Dispersive Wave over the Submerged Structure)

  • 박동진;이중우
    • 한국항만학회지
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    • 제12권1호
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    • pp.75-86
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    • 1998
  • To design a coastal structure in the nearshore region, engineers must have means to estimate wave climate. Waves, approaching the surf zone from offshore, experience changes caused by combined effects of bathymetric variations, interference of man-made structure, and nonlinear interactions among wave trains. This paper has attempted to find out the effects of two of the more subtle phenomena involving nonlinear shallow water waves, amplitude dispersion and secondary wave generation. Boussinesq-type equations can be used to model the nonlinear transformation of surface waves in shallow water due to effect of shoaling, refraction, diffraction, and reflection. In this paper, generalized Boussinesq equations under the complex bottom condition is derived using the depth averaged velocity with the series expansion of the velocity potential as a product of powers of the depth of flow. A time stepping finite difference method is used to solve the derived equation. Numerical results are compared to hydraulic model results. The result with the non-linear dispersive wave equation can describe an interesting transformation a sinusoidal wave to one with a cnoidal aspect of a rapid degradation into modulated high frequency waves and transient secondary waves in an intermediate region. The amplitude dispersion of the primary wave crest results in a convex wave front after passing through the shoal and the secondary waves generated by the shoal diffracted in a radial manner into surrounding waters.

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타력 증대가 저속 운항 선박의 조종성능에 미치는 영향에 관한 수치적 연구 (A Numerical Study on the Effects of Maneuverability of Ship with Low Forward Speed by Increasing Rudder Force)

  • 김현준;김상현;김동영;김인태;한지수
    • 대한조선학회논문집
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    • 제53권3호
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    • pp.217-227
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    • 2016
  • Recent accidents of crude oil tankers have resulted in sinking, grounding of vessels and significant levels of marine pollution. Therefore, International Maritime Organization (IMO) has been strengthening the regulations of ship maneuvering performance in MSC 137. The evaluation of maneuvering performance can be made at the early design stage; it can be investigated numerically or experimentally. The main objective of this paper was to investigate the maneuvering performance of a VLCC due to the increase of rudder force at an early design stage for low speed in shallow water conditions. It was simulated in various operating condition such as deep sea, shallow water, design speed and low speed by using the numerical maneuvering simulation model, developed using MMG maneuvering motion equation and KVLCC 2 (SIMMAN 2008 workshop). The effect of increasing the rudder force can be evaluated by using numerical simulation of turning test and ZIG-ZAG test. The research showed that, increasing the rudder force of a VLCC was more effective on improving the turning ability than improving the course changing ability especially. The improvement of turning ability by the rudder force increasing is most effective when the ship is sailing in shallow water at low forward speed.

순환 관계에 의한 파랑분산식의 양해 (Explicit Solution of Wave Dispersion Equation Using Recursive Relation)

  • 이창훈;장호철
    • 대한토목학회논문집
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    • 제28권1B호
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    • pp.111-114
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    • 2008
  • 파랑의 분산관계식에서 상대수심이 반복적으로 표현되는 순환 관계를 이용하여 파랑분산식의 양해를 개발하였다. 순환 관계를 이용한 해의 초기값으로 Eckart(1951), Hunt(1979)의 해와 심해와 천해에서의 해를 사용했다. 순환해 가운데 심해에서의 해를 초기값으로 사용한 해를 제외하고는 모두 참값으로 수렴하였다. 특히, Hunt의 해를 초기값으로 사용한 해는 다른 해보다 더 빠르게 수렴했다. 순환해는 휴대용 계산기를 사용하여 손 쉽고 빠르게 구할 수 있는 장점이 있다. 선형파의 변형을 예측하기 위하여 해석 해를 사용할 경우 파랑분산식의 양해를 사용해야 하는 데 본 연구에서 개발한 순환해를 사용하면 기존의 양해를 사용한 것보다 더 정확한 해석 해를 도출할 것이다.

불투수성 경사면에서 파의 처오름과 반사 (Runup and Reflection of Waves on Impermeable Slopes of Coastal Structures)

  • 이철응
    • 산업기술연구
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    • 제21권B호
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    • pp.175-185
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    • 2001
  • A numerical model is represented to calculate the reflected waves, the runup of waves and the wave induced velocities on impermeable slopes for the normally incident wave trains of nonlinear monochromatic wave and solitary wave. The finite amplitude shallow water equations with the effects of bottom friction are solved numerically in time domain using an explicit dissipative Lax-Wendroff finite difference method. The numerical model is verified by comparisons with the other numerical results, the measured data and asymptotic results. It is found that the uprushing and downrushing of incident waves may be accurately predicted by the present numerical model. Therefore, the present numerical model can be applicable to swells as well as long waves.

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지진해일 전파특성을 고려한 실용적인 분산보정 기법의 적용 - 속초항 (Application of Practical Dispersion-Correction Scheme for Propagation of Tsunami - Sokcho Harbor)

  • 최문규;이욱한;이성재;조용식
    • 한국방재학회:학술대회논문집
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    • 한국방재학회 2008년도 정기총회 및 학술발표대회
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    • pp.431-434
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    • 2008
  • Pratical dispersion-correction scheme is applicated to simulate the distant propagation of tsunami. This scheme is based on the leap-frog finite difference scheme for the linear shallow-water equations. The new scheme has the advantage of using the constant spatial grid size and time step size even in area of variable depths. And this new model constructed by using the 2nd upwind scheme, dynamic linking method, and staggered grid system. This model is simulated to near Sokcho harbor about The Central East Sea Tsunami in 1983. And this result is compared to tide gage and result of former model.

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독도 인근해역에서의 천해파 (Shallow Water Waves around Tokdo)

  • 황연호;전인식;오병철;심재설
    • 한국해양공학회:학술대회논문집
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    • 한국해양공학회 2001년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.117-121
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    • 2001
  • For the effective development or preservation of Tokdo, the natural environments in the ambient sea area should be well investigated. The wave deformations and wave breaking in the vicinity have much affected the bottom morphology of Tokdo as well as its ecological environment. The present study investigates the wave deformations and wave breaking through a numerical model. The final goal is to provide the fundamental wave data for the effective development or preservation of Tokdo in future. The extended mild slope equation was applied to Tokdo sea area for three different deep water wave conditions (S, SSE, NNE directions). The results showed that for the S and SSE directions the wave heights in the area between the east island and the west island were very low with the level of 1~2m, but for the NNE direction they appeared pretty high with 3~4m, In the sea area near the northwest of west island, the wave heights were low to be 1~3m for all three directions of deep water wave.

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비선형 불규칙 완경사 파랑 모델의 유도 (Derivation of Nonlinear Model for Irregular Waves on Miled Slpoe)

  • 이정렬
    • 한국해안해양공학회지
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    • 제6권3호
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    • pp.281-289
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    • 1994
  • Boussinesq 식과는 달리 심해로부터 천해까지 파랑의 전영역에 적용 가능한 비선형 규칙/불규칙 파랑의 예측모델의 지배방정식이 제시되었다. 근본은 쌍곡선형 완경사방정식(Copeland, 1985)에 근거를 두고 있다. 제시된 식은 심해로부터 천해까지 선형 파랑전파의 분산 관계를 엄밀히 만족시켜주며 식을 전개하였을 때 Boussinesq 식의 여러 형태와 동일성을 유지하고 있음을 입증할 수 있었다. 또한 선형성을 유지하는 대표유속의 자유수면아래 위치를 산정할 수 있는 관계식을 제시하였다.

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수심의 영향을 고려한 선형(線形) 조종성 계수의 이론적 해석 (Theoretical Analysis of Linear Maneuvering Coefficients with Water Depth Effect)

  • 공인영
    • 대한조선학회논문집
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    • 제31권3호
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    • pp.47-58
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    • 1994
  • 본 논문에서는 천수역에 위치한 선박의 선형(線形) 조종성 계수를 추정하기 위한 이론적인 해석법에 대한 연구가 수행되었다. 세장체 이론을 사용하여 선체 주위의 유동을 모델화하였으며, 이로부터 물체 근처의 내부 유체 영역에서의 횡방향 유속에 대한 적 미분 방정식을 유도하였다. 이의 수치해법에 관하여 자세히 기술하였고, 특정 경우에 대한 이론해와 계산 결과를 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이 적 미분 방정식의 해를 이용하여 선체의 선형(線形) 조종성 계수를 추정할 수 있다. Mariner. Series 60, Wigley 선형에 대한 계산을 수행하였으며, 기존의 실험 결과와 비교하여 보았다. 조종 운동을 하고 있는 선체 주위의 복잡한 유동을 모델화하는 과정중에 포함된 여러 가지 가정에도 불구하고, 계산 결과는 실험 결과와 정성적, 정량적으로 잘 일치하며, 선박의 초기 설계 단계시 수심에 따른 기본적인 조종성 변화를 추정할 수 있을 것으로 생각된다.

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A study on the optimal equation of the continuous wave spectrum

  • Cho, Hong-Yeon;Kweon, Hyuck-Min;Jeong, Weon-Mu;Kim, Sang-Ik
    • International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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    • 제7권6호
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    • pp.1056-1063
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    • 2015
  • Waves can be expressed in terms of a spectrum; that is, the energy density distribution of a representative wave can be determined using statistical analysis. The JONSWAP, PM and BM spectra have been widely used for the specific target wave data set during storms. In this case, the extracted wave data are usually discontinuous and independent and cover a very short period of the total data-recording period. Previous studies on the continuous wave spectrum have focused on wave deformation in shallow water conditions and cannot be generalized for deep water conditions. In this study, the Generalized Extreme Value (GEV) function is proposed as a more-optimal function for the fitting of the continuous wave spectral shape based on long-term monitored point wave data in deep waters. The GEV function was found to be able to accurately reproduce the wave spectral shape, except for discontinuous waves of greater than 4 m in height.