Numerical Computations on the Hydrodynamic Forces by Internal Waves in a Sediment Pocket

퇴적 침전구에서 발생하는 내면파 유동에 의한 유체력 해석

A numerical method is developed to solve a two-dimensional diffraction problem for a body located in a sediment pocket where a heavier muddy water is trapped. In the present study, the wave exciting forces acting on a submerged body in the water-sediment interface by an incident wave is investigate. It is assumed that the heavier mud is trapped locally in a sediment pocket. A mathematical formulation is made in the scope of the potential theory. The fluid is assumed to be inviscid, incompressible and its motion irrotational. The boundary conditions on the unknown free surface and interface are linearized. As a method of solution, the localized finite-element method is adopted. In the method, the computation domain is reduced by utilizing the complete set of analytic solutions known in the infinite subdomain to be truncated by introduction of an appropriate juncture conditions. The main advantage of this method is that any complex geometry of the boundaries can be easily accommodated. Computations are carried out for mono-chromatic plane progressive surface waves normally incident on the domain. Numerical results are compared with those obtained by Lassiter based on Schwingers variational method. Good Agreements are obtained in general. Another numerical computations are made for the cases with and without a body in the sediment pocket.

해안 근처에서는 해수보다 무거운 진흙 등으로 채워진 퇴적 침전구가 존재한다. 이러한 퇴적 침전구 내에서는 해양으로부터 들어오는 입사파에 의해 내면파 유동이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 내면파 유동이 존재하는 퇴적 침전구 내에 위치한 물체에 발생하는 2차원 내면파 문제에 대한 수치기법을 개발하였다. 수학적 정식화 과정으로 유체 영역을 포텐셜 유동으로 가정하였으며, 자유표면에 대한 경계조건은 선형화된 자유표면 경계조건을 사용하였다. 수치 기법으로는 국소 유한 요소법을 사용하였다. 사용된 국소 유한 요소법은 기지의 함수 집합을 사용하여 방사 경계조건을 엄밀히 만족함으로써 계산 영역을 작게 줄일 수 있는 장점이 존재한다. 개발된 수치 기법의 검증을 위하여 Schwingers의 범함수법을 이용한 Lassiter의 계산 결과와 비교하였으며, 서로 잘 일치함을 확인하였다. 계산 예로서는 퇴적 침전구내에 형성된 내면파면 위에 존재하는 파이프라인이 입사파에 비해 유기 되는 힘을 계산하였다.