자유표면 환경유동에 대한 비정수압 효과

Effects of Non-hydrostatic Pressure on Free Surface Environmental Flows

본 연구에서는 자유표면을 갖는 대규모의 환경유동의 해를 구하는데 있어 비정수압의 효과를 고려하는 새로운 계산 기법을 제시하였다. Sigma 좌표계에서 시간은 전진차분으로, 공간은 중간차분 및 풍상차분을 혼합하여 2단계 해법을 도입하였다. 계산기법의 타당성과 유효성을 검증하기 위하여, 자유표면을 갖는 정상유동과 비정상유동에 대한 전형적인 예를 설정하여 정수압 계산과 비정수압 계산을 수행하고 이들을 비교하였다. 계산결과 복잡한 해저지형을 갖는 자유표면 유동에 있어, 지정수압효과가 무시할 수 없는 유동영역이 존재함이 입증되었으며, MAC기법과 같은 3차원 유체동역학적 기법을 적용하기에는 비경제적인 문제에 대해 본 계산기법이 매우 유효하게 적용될 수 있다는 가능성이 입증되었다.

In the present paper, a new calculation algorithm far solving large scale environmental or geophysical flows with free surface is proposed where the non-hydrostatic pressure component is taken into consideration. Predictor-corrector fractional step approach with explicit, forward time marching scheme in the sigma coordinate system is employed. In order to validate the present calculation algorithm and to estimate the effects of non-hydrostatic pressure on resultant flow and free surface movements, example calculations are carried out for typical steady and unsteady flow problems. Present method can be applied to the meso-scale free surface flows with complex bottom topography where MAC-like 3-d hydrodynamic calculations are quite ineffective and uneconomic.