단순화 모델에 의한 2차원 갑판침입수의 수치 시뮬레이션

Numerical Simulation of Two-Dimensional Shipping Water by Using a Simplified Model

본 논문에서는 갑판침입수의 유동특성을 단순화된 2차원 모델을 이용하여 고찰하였다. 기본방정식으로 천수파 모델에 기초한 보존형의 비선형 쌍곡선방정식이 도출되었고, 이를 계산하기 위한 시간영역 수치해법으로 predictor-corrector법과 2종 상류차분법을 채용한 유한차분법을 개발 적용하였다. 보아를 수반하는 몇가지 단순한 경우들에 대한 계산결과를 해석해와 비교하였으며, 본 수치해법이 갑판침입수의 유동해석에 유용한 방법임을 보였다. 갑판침입수의 유동 시뮬레이션 에들에서, 갑판침입수는 확산파의 형태로 감판상에 유입되며 갑판상의 구조물에 부딪힌 후 보아형태로 발달해 감이 보여지고 있다. 또한, 침입수 유동에 영향을 줄 수 있는 중요요소로서 갑판의 기울기, 상방향 가속도등이 다루어 졌고, 이들이 갑판 침입수의 유동에 상당한 영향을 미침을 확인하였다.

Hydrodynamic characteristics of shipping water on deck are investigated by using a simplified two-dimensional model. Formulation of the shipping water on deck leads to a nonlinear hyperbolic system of equations based on the shallow-water wave theory. Time-domain solution of these equations are obtained numerically using a finite difference method which adopts predictor-corrector method for time-marching and 2nd upwind differencing method for convection term calculation. To confirm the validity of the present numerical method, we calculated some shallow-water wave problems accompanying a bore and compared the obtained results with the analytic solutions. We found good agreements between them. Though the calculation results of shipping water on deck, we show that the shipping water flows into the deck as a rarefying wave arid grows into a bore after colliding with a deck structure. Also we examined the effects of acceleration and slope of deck and found that they have significant influences on the flow of shipping water.