• Title/Summary/Keyword: 경계면수치모델

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Estimation of the Interface of Seawater Intrusion in a Coastal Aquifer System with SHARP Model (SHARP 모델을 이용한 해안 대수층의 해수침투 경계면 추정)

  • 심병완;정상용
    • Journal of Soil and Groundwater Environment
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    • v.8 no.1
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    • pp.68-74
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    • 2003
  • SHARP numerical model was used to estimate the interface, ranges and seasonal variations of seawater intrusion. The interface obtained from the SHARP model represented more sensitive to seasonal variations than that estimated from the monitoring wells. When TDS and groundwater velocity vector distributions generated by SUTRA simulations are compared to the interfaces obtained from SHARP simulation, the difference of the range on seawater intrusion is less than 50 m, and the range of seawater intrusion from seasonal variations has the difference of about 12 m. These differences are small for the numerical simulation of the coastal aquifer at regional scale. Therefore, the model with sharp interface is very useful to estimate the interface at this study site, where is regional aquifer system in the scale of seawater infusion. However the SHARP model have some limitations in simulating the range of seawater intrusion, when the hydrodynamic dispersion is significant for seawater intrusion at local aquifer system.

Validation of Fresh-Saltwater Sharp-Interface Model Using Freshwater Lens Hydraulic Experiment (담수렌즈 수리모형을 이용한 담수-염수 경계면 수치모델의 검정)

  • Hong, Sung Hun;Park, Namsik
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.26 no.3B
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    • pp.263-269
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    • 2006
  • An optimization model was developed for groundwater development and management in coastal areas. The optimization model consists of coastal groundwater flow model and optimization techniques. The objective of this work is to validate sharp-interface model which is one of major components of the optimization model. A laboratory experimental model is built to simulate freshwater lens, i.e., layer of freshwater floating on top of saltwater, phenomena. Experimental results for the position of fresh-saltwater sharp-interface and the salinity in well are compared with numerical results. Average ratio of relative error is estimated approximately between 2.91% and 4.39%. And the numerical results are in good agreement with the laboratory results of water quality in well in addition to the position of sharp-interface. Accordingly the evaluation of coastal groundwater flow using sharp-interface model can produce reasonable results.

On Numerical Simulation of Salt-Water Wedge in Coastal Aquifer (해안 대수층의 해수침투에 관한 수치적 고찰)

  • Lee, Woo-Dong;Hur, Dong-Soo;Jeong, Yeong-Han
    • Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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    • 2015.05a
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    • pp.82-82
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    • 2015
  • 해안 대수층은 해수와 담수가 공존하는 지역으로 상대적으로 밀도가 큰 해수가 대수층의 담수 아래에 쐐기형태로 존재하게 된다. 이러한 쐐기형태의 해수와 담수의 경계면은 압력경도의 평형에 의해 경계면이 유지되며, 해수면 또는 지하수위가 변동할 경우 해수-담수 경계면의 균형이 무너짐과 더불어 압력경도의 평행이 이루어질 때 까지 해수-담수 경계면의 이동이 계속 진행된다. 수위 변화의 주요 원인으로는 지구온난화 및 기후변화로 인한 지속적인 해수면 상승과 도서지역의 인구증가 및 산업화로 인한 무분별한 지하수의 사용 등에 의한 지하수위 저하 등을 꼽을 수 있다. 이와 같은 원인으로 해안 및 도서지역에서는 해안 대수층의 해수침투거리가 증가하여 지하수 이용에 큰 어려움을 겪고 있다. 이에 해안 대수층의 해수침투 범위 및 거리를 추정하기 위한 많은 연구들이 다양한 분야에서 지속해서 이루어지고 있지만, 서로 밀도가 다른 해수와 담수가 공존하는 해안 대수층 내의 수리특성을 명확히 파악하기에는 아직까지 미흡한 점들이 많다. 과거에는 Darcy의 법칙 및 Ghyben-Herzberg 식에 근거한 이론적인 연구들이 주로 이루어졌고, 근래에 현장관측이나 수리모형실험이 국내 외적으로 수행되고 있으나, 모든 영역의 지하수의 특성을 조사하는 것이 사실상 불가능하다. 이에 최근에는 컴퓨터 성능의 비약적인 발전과 더불어 다양한 수치해석방법에 의한 수치모델들이 개발되어 시뮬레이션에 적용되고 있다. 하지만 거의 대부분의 수치모델은 해안 대수층 수리특성을 투수계수에 의존하고 있을 뿐, 대수층 내부의 해수-담수에 의한 밀도류의 유동특성을 전혀 고려하지 못한 채 정수압에 근거한 해수-담수 경계면에 대해 모의하고 있는 정도이다. 따라서 본 연구에서는 해안 대수층 내부의 유동현상을 투수계수에 의존하는 방법에서 탈피하여 대수층 매체의 입경, 공극, 형상 등을 고려할 수 있을 뿐만 아니라, 염분 및 온도차에 의한 밀도류를 해석할 수 있는 강비선형 수치모델을 개발하여 해수침투 현상을 직접 모의한다. 나아가 대부분의 이전 연구들에서 간과하고 있는 해안지역의 대표적 물리력인 파랑과 조석의 영향이 해안 대수층의 해수침투에 미치는 영향, 해안 대수층의 지하수위 및 해수면의 수위차에 의한 해수침투 특성 그리고 이를 제어 할 수 있는 새로운 대응기술을 제안하는 것을 목적으로 한다.

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A Non-singular Boundary Integral Equation for Acoustic Problems (음향 문제에서의 특이성이 제거된 경계 적분 방정식)

  • 이정권
    • Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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    • 1998.06c
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    • pp.309.1-312
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    • 1998
  • 일반적으로 음향 문제에 상용되는 경계요소법은 Kirchhoff-Helmholtz 적분 방정식에 약특이성과 강특이성의 커널을 갖고 있어, 경계면에 매우 근접한 음장을 해석할 때 수치 적분 과정에서 큰 오차를 유발한다. 본 연구에서는 평면파 성분을 이용하여 약특이성 방정식 및 특이성이 제거된 음장 음압의 과도한 오차는 약특이성 경계 적분 방정식의 적용으로 제거될 수 있었다. 부드러운 경계면을 가진 경우는 모든 특이성의 제거가 가능하여 특이성 처리를 위한 특별한 처리가 불필요하게 되었다. 제안된 방법을 검증하기 위하여 몇 가지 단순한 모델에 대하여 경계 요소 계산을 수행하였고, 경계면 부근의 근접 음장에서 음압 예측의 정확도가 향상되는 결과를 얻었다.

Applications of Interface Elements to Contact Problems in Reinforced Concrete Structures (경계면 요소를 이용한 철근콘크리트 접촉면의 응력해석)

  • 최완철;정일영
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • 1992.10a
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    • pp.90-96
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    • 1992
  • 경계면 요소를 이용하여 철근콘크리트 구조물의 접촉면 문제를 유한 요소법으로 해석하는 기법에 대하여 연구한다. 본 연구에서는 경계면 요소의 수치해석의 이론과정을 전개하고, 실험 관찰된 부착 시험체에 적용하여 이형철근과 콘크리트 부착기구의 접촉면을 해석한다. 경계면은 특별한 연결요소를 이용하여 재현하며 Mohr-Coulomb의 마찰 이론을 응응한다. 해석의 주요점으로 하중상태에 따라 변화되는 경계면의 접촉상태, 즉 고정(stick), 미끄러짐(slide), 분리(separation)를 묘사하여 경계면 재료의 비선형 거동을 관찰한다. 부착모델의 해석결과는 실험실의 결과와 대체로 일치되며 따라서 철근콘크리트 접촉면의 응력해석을 위해 경계면 요소가 활용될 수 있음을 보여준다.

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Interface Capturing for Immiscible Two-phase Fluid Flows by THINC Method (THINC법을 이용한 비혼합 혼상류의 경계면 추적)

  • Lee, Kwang-Ho;Kim, Kyu-Han;Kim, Do-Sam
    • Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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    • v.24 no.4
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    • pp.277-286
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    • 2012
  • In the numerical simulation of wave fields using a multi-phase flow model that considers simultaneous flows of materials with different states such as gas, liquid and solid, there is need of an accurate representation of the interface separating the fluids. We adopted an algebraic interface capturing method called tangent of hyperbola for interface-capturing(THINC) method for the capture of the free-surface in computations of multi-phase flow simulations instead of geometrical-type methods such a volume of fluid(VOF) method. The THINC method uses a hyperbolic tangent functions to represent the surface, and compute the numerical flux for the fluid fraction functions. One of the remarkable advantages of THINC method is its easy applicability to incorporate various numerical codes based on Navier-Stokes solver because it does not require the extra geometric reconstruction needed in most of VOF-type methods. Several tests were carried out in order to investigate the advection of interfaces and to verify the applicability of the THINC method to wave fields based on the one-field model for immiscible two-phase flows (TWOPM). The numerical results revealed that the THINC method is able to track the interface between air and water separating the fluids although its algorithm is fairly simple.

Comparison of Volume of Fluid (VOF) type Interface Capturing Schemes using Eulerian Grid System (오일러 격자체계에서 유체율 함수에 기초한 경계면 추적기법의 비교)

  • Kim, Do-Sam;Kim, Tag-Gyeom;Shin, Bum-Shick;Lee, Kwang-Ho
    • Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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    • v.32 no.1
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    • pp.1-10
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    • 2020
  • The application of multiphase flows is increasingly being applied to analyze phenomena such as single phase flows where the fluid boundary changes continuously over time or the problem of mixing a liquid phase and a gas phase. In particular, multiphase flow models that take into account incompressible Newtonian fluids for liquid and gas are often applied to solve the problems of the free water surface such as wave fields. In general, multi-phase flow models require time-based the surface tracking of each fluid's phase boundary, which determines the accuracy of the final calculation of the model. This study evaluates the advection performance of representative VOF-type boundary tracking techniques applied to various CFD numerical codes. The effectiveness of the FCT method to control the numerical flux to minimize the numerical diffusion in the conventional VOF-type boundary tracking method and advection calculation was mainly evaluated. In addition, the possibility of tracking performance of free surface using CIP method (Yabe and Aoki, 1991) was also investigated. Numerical results show that the FCT-VOF method introducing an anti-diffusive flux to precent excessive diffusion is superior to other methods under the confined conditions in this study. The results from this study are expected to be used as an important basic data in selecting free surface tracking techniques applied to various numerical codes.

Boundary element analysis of singular stresses at interface edge of infinitely layered structure (무한 적층 구조체의 자유경계면에 나타나는 특이응력의 경계요소해석)

  • 이상순
    • Computational Structural Engineering
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    • v.8 no.3
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    • pp.75-78
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    • 1995
  • The boundary element analysis has been attempted for investigating the singular stress at the interface edge of infinitely layered structure. The subdomain technique has been employed and the analysis model has been divided into two subdomains, which are respectively homogeneous elastic zones. The boundary element equation has been formulated using the equilibrium and continuity conditions at the common interface. The numerical results of example problem has been presented.

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Two-Dimensional Free Convection in a Rectangular Enclosure Composed of a Hot Wall and Partially Cold Side Wall (아래면이 고온이고 옆면의 일부가 저온인 4각형 밀폐공간에서의 2차원 자연대류에 관한 연구)

  • 이택식;고상근
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.9 no.2
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    • pp.213-221
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    • 1985
  • Two dimensional laminar natural convection in a rectangular enclousure composed of a hot bottom wall, a partially cold side wall and insulated walls except the above walls was studied by numerical analysis and also by esperiments. In the experiments, the temperature distributions in the enclosure and Nusselt number distribution along the hot and cold walls were obtained by the use of Mach-Zehnder interferometer. At first, numerical analysis with the boundary conditions of the experimental apparatus was performed and the comparison of the results of the numerical and the experimental results validated the numerical model good ennough. Heat transfer characteristics were investigated by applying the verified numerical model with the parameters, i.e. Grashof number, aspect ratio, position of cold plate and insulation condition. The results showed the optimal conditions of temperature distribution and the position of cold wall, and the characteristics of insulation materials.

On Reasonable Boundary Condition for Inclined Seabed/Structure in Case of the Numerical Model with Quadrilateral Mesh System (사각격자체계 수치모델에서의 경사면 처리기법에 관하여)

  • Hur, Dong-Soo;Lee, Woo-Dong;Bae, Ki-Seong
    • KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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    • v.28 no.5B
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    • pp.591-594
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    • 2008
  • Present study aims at the development of a reasonable boundary condition for a structure over inclined seabed in case of the numerical model with quadrilateral mesh system. The technique for the inclined impermeable/permeable boundary in the quadrilateral mesh is newly proposed. The new technique and LES-WASS-3D model (Hur and Lee, 2007) have been used for the investigation of the dynamics of fluid field, and validated through the comparison with a typical stair-type boundary condition. 3-Dimensional numerical model with Large Eddy Simulation is called LES-WASS-3D, and is able to simulate directly interaction of WAve Structure Sea bed/Sandy beach.