신기능 잠제의 흐름 제어 기능에 관한 수치적 연구

A Numerical Study on Flow Control Structure of a New-Type Submerged Breakwater

  • 허동수 (경상대학교 해양토목공학과 해양산업연구소) ;
  • 이우동 (나고야대학 공학연구과) ;
  • 안성욱 ((주)포스코건설 토목환경사업부) ;
  • 박종배 ((주)포스코건설 토목환경사업부)
  • Hur, Dong-Soo (Institute of marine industry, Department of Ocean Civil Engineering, Gyeongsang National University) ;
  • Lee, Woo-Dong (Department of Civil Engineering, Nagoya University) ;
  • An, Sung-Wook (POSCO Engineering & Construction Co., Ltd.) ;
  • Park, Jong-Bae (POSCO Engineering & Construction Co., Ltd.)
  • 투고 : 2010.01.09
  • 심사 : 2010.06.22
  • 발행 : 2010.06.30

초록

실 해역에 잠제를 건설할 경우, 잠제 전면과 배후의 평균수위차로 인하여 잠제의 단부를 중심으로 순환류가 발생하게 된다. 이에 본 연구에서는 잠제 주변의 평균수위를 조절하여 주변 흐름을 제어할 수 있는 신형식 잠제를 제안하여 그 기능을 검토하는 것을 목적으로 한다. 먼저 3차원 수치모델, LES-WASS-3D를 수리모형실험결과와 비교 검토하여 수치모델의 타당성을 검증한 후, 이 모델을 이용하여 신형식 잠제에 대한 수치시뮬레이션을 수행하였다. 수치계산결과를 근거로 신형식 잠제 주변의 흐름제어기능에 대해 논의함과 동시에 신형식 잠제 주변의 평균수위분포, 파고분포, 평균류분포에 대해 고찰하였다. 결과로서 본 연구에서 제안한 신형식 잠제는 잠제 배후의 평균수위를 낮추어서 개구부의 이안류를 줄이는 것을 확인할 수 있었다.

In case of constructing submerged breakwaters, the circulation current is occurred around the open inlet because of mean water level difference between front and rear sides of them. The aim of this study is to investigate the flow control structure of new-type submerged breakwater which is able to reduce mean water level at rear side of it. At first, the numerical model (LES-WASS-3D) is validated by comparing with existing experimental data. And then, numerical simulation is carried out to examine wave height, mean water level and mean flow around the newtype submerged breakwater. From the numerical results, it can be pointed out that the new-type submerged breakwater with drainage system reduces the rip current around the open inlet.

키워드

참고문헌

  1. 이우동, 허동수, 박종배, 안성욱 (2009). 해빈경사에 따른 잠제개구부의 3차원적인 흐름특성에 관한 연구. 한국해양공학회지, 23(1), 7-15.
  2. 허동수, 김도삼 (2003). 경사수역에 설치된 잠제 주변의 유속장과 와의 발생에 대한 수치모의. 한국해안.해양공학회지, 15(3), 151-158.
  3. 허동수, 이우동, 염경선 (2009). 잠제 설치 연안역의 파동장에 미치는 해안곡률의 영향. 대한토목학회논문집, 29(5B), 463-472.
  4. 허동수, 이우동 (2007). 잠제 주변의 파고분포 및 흐름의 3차원 특성; PART I-해빈이 없을 경우. 대한토목학회논문집, 27(6B), 689-701.
  5. 허동수, 이우동 (2008a). 잠제 주변의 파고분포 및 흐름의 3차원 특성; PART II-해빈이 있을 경우. 대한토목학회논문집, 28(1B), 115-123.
  6. 허동수, 이우동 (2008b). 잠제 설치 연안의 처오름 높이 특성; PART I-잠제의 평면배치에 의한 영향. 대한토목학회논문집, 28(3B), 345-354.
  7. 허동수, 이우동 (2008c). 잠제 설치 연안의 처오름 높이 특성; PART II-잠제의 제원에 의한 영향. 대한토목학회논문집, 28(4B), 429-439.
  8. 허동수, 이우동, 배기성 (2008). 사각격자체계 수치모델에서의 경사면 처리기법에 관하여. 대한토목학회논문집, 28(5B), 591-594.
  9. 허동수, 최동석 (2008). 투과성잠제의 비탈면경사가 주변 파동장에 미치는 영향. 대한토목학회논문집, 28(2B), 249-259.
  10. Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chem Eng., 48(2), 89-94.
  11. Garcia, N., Lara J.L. and Losada, I.J. (2004). 2-D numerical analysis of near-field flow at low-crested permeable breakwater, Coastal Eng., 51, 991-1020. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2004.07.017
  12. Hsu, T.W., Hsieh, C.M. and Hwang, R.R. (2004). Using RANS to simulate vortex generation and dissipation around impermeable submerged double breakwaters. Coastal Eng., 51, 557-579. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2004.06.003
  13. Hur, D.S. (2004). Deformation of multi-directional random waves passing over an impermeable submerged breakwater installed on a sloping bed. Ocean Eng., 31, 1295-1311. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2003.12.005
  14. Johnson, H. K., Karambas, T. V., Avgeris, I., Zanuttigh, B., Gonzalez-Maroco, D. and Caceres, I. (2005). Modelling of waves and currents around submerged breakwaters. Coastal Eng., 52, 949-969. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2005.09.011
  15. Johnson, H.K. (2006). Wave modelling in the vicinity of submerged breakwaters. Coastal Eng., 53, 39-48. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2005.09.018
  16. Kramer, M., Zanuttigh, B., van der Meer, J.W., Vidal, C. and Gironella, F.X. (2005). Laboratory experiments on low-crested breakwaters. Coastal. Eng., 52, 867-885. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2005.09.002
  17. Liu, S. and Masliyah, J.H. (1999). Non-linear flows in porous media. J. Non-Newtonian Fluid Mech., 86(1), 229-252. https://doi.org/10.1016/S0377-0257(98)00210-9
  18. Losada, I.J., Losada, M.A. and Martin, F.L. (1997). Harmonic generation past a submerged porous step, Coastal Eng., 31, 281-304. https://doi.org/10.1016/S0378-3839(97)00011-2
  19. Ma, H.H., Mizutani, N., Eguchi, S. and Hur, D.S. (2004). Study on beach profile change and wave induced velocity field in permeable beach. Journal of Civil Engineering in the Ocean, JSCE, Vol. 20, pp. 509-514 (in Japanese). https://doi.org/10.2208/prooe.20.509
  20. Martinelli, L., Zanuttigh, B. and Lamberti, A. (2006). Hydrodynamic and morphodynamic response of isolated and multiple low crested structures: Experiments and simulations. Coastal Eng., Vol. 53, pp. 363-379. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2005.10.018
  21. Osanai, K. and Minami, M. (2003). Experimental study on vertical velocity distribution around the opening of artificial reefs. Journal of Civil Engineering in the Ocean, JSCE, 19, 213-218 (in Japanese). https://doi.org/10.2208/prooe.19.213
  22. Smagorinsky, J. (1963). General circulation experiments with the primitive equation, Mon. Weath. Rev. 91(3), 99-164. https://doi.org/10.1175/1520-0493(1963)091<0099:GCEWTP>2.3.CO;2
  23. Sakakiysma, T. and Kajima, R. (1992). Numerical simulation of nonlinear wave interacting with permeable breakwater. Proc. 23rd Int. Conf. Coastal Eng., ASCE, 1517-1530.
  24. van Gent, M.R.A. (1995). Wave interaction with permeable coastal structures, Ph.D. Thesis, Delft University The Netherlands.
  25. Zanuttigh, B. (2007). Numerical modelling of the morphological response induced by low-crested structures in Lido di Dante, Italy. Coastal Eng., Vol. 54, pp. 31-47. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2006.08.003
  26. Zysermana, J.A., Johnsona, H.K., Zanuttigh, B. and Martinelli, L. (2005). Analysis of far-field erosion induced by low-crested rubble-mound structures. Coastal Eng., Vol. 52, pp. 977-994. https://doi.org/10.1016/j.coastaleng.2005.09.013