A Note on Hamilton's Principle for a Free-Surface Flow Problem

자유표면파 문제에서의 하밀톤 원리의 적용에 대한 소고

This note describes an application of Hamiton's principle to nonlinear free-surface flow problems. Two functionals are constructed based on classical Hamilton's principle with a modification due to the presence of a free surface. As an effort towards the development of an efficient numerical scheme for our problem, we present the following three test results: i) The bounding principles of the eigenvalues for the linear dispersion relation. ii) By assuming steady solitary waves, an approximate relation between the amplitudes and the speeds of solitary waves are derived from the two functionals constructed. Their numerical results are compared with those of Longuet-Higgins & Fenton(1974). iii) The shapes and charicteristics of solitary waves are computed from two sets of functionals by varying the number of total finite elements in the fluid domain.

본 논문에서는 비선형 자유표면파의 수치해법 개발을 위한 노력의 일환으로서, 하밀톤 원리에 근거한 비정상 자유표면파 문제에 대한 범함수를 정의하였다. 즉, 고전적인 하밀톤 원리에 자유표면 경계조건에 따른 수정항을 고려해 줌으로써 본 문제에 적합한 두 범함수를 만들 수 있다, 본 논문에서는 첫째, 선형문제에서의 고유치 문제를 해석하여 두 범함수가 선형 분산관계식의 상한과 하한치를 가지는 것을 보여준다. 둘째로, 비선형 정상문제에 두 범함수를 응용하여 고립파(solitary wave)의 파고 및 속도의 근사 관계식을 유도하였다. 이 근사 관계식들의 수치계산결과는 Longuet-Higgins & Fenton(1974)의 해석해와 비교하여 좋은 결과를 보여준다. 세째로, 전 유체영역을 유한요소로 분할하여 유한요소법에 의한 고립파의 파형 및 특성치들의 계산결과들을 보여준다. 특히 본 논문에서는 분할한 유한요소의 수에 따른 수치해의 수렴을 보여준다.