• 한국수자원학회논문집
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• 제51권8호
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• pp.643-654
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• 2018

수치파동수조에서 안정적인 지진해일을 조파하기 위하여 2차원 수치모델(LES-WASS-2D)에 다양한 파형의 지진해일을 고려할 수 있는 무반사 조파시스템을 도입하였다. 기존 실험에서 측정한 호안주변의 지진해일의 시 공간 파형들과 비교하여 수치계산결과가 높은 정확도를 나타내었다. 이로써 본 연구에서 적용한 수치모델이 지진해일 월파모의에 있어서 적합하다는 것을 보여주었다. 지진해일 월파모의결과로부터 지진해일 체적비와 파고와 수심비에 따른 월퍄량, 침수거리를 고찰하였다. 지진해일의 파형이 넓을수록 월파량이 선형적으로 증가하였으며, 침수거리 또한 증가하였다. 그러므로 고립파 근사이론을 지진해일의 월파 및 침수모의에 적용할 경우, 실제 지진해일보다 수리특성이 과소평가 될 우려가 크다.

• 한국해양공학회지
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• 제17권4호
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• pp.1-7
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• 2003

A virtual reality technology for multipurpose numerical simulation is developed to reproduce and investigate a variety of ocean environmental problems in a 3D Numerical Wave Tank(NWT). The governing equations for solving incompressible fluid motion are Navier-Stokes equation and continuity equation. The Marker-Density function technique is adopted to implement the fully nonlinear freesurface kinematic condition. The marine environmental situations, i.e., waves, currents, etc., are reproduced by use of multi-segmented wavemakers on the basis of the so-called ″snake-principle″. In this paper, some numerical reproduction techniques for regular, and irregular waves, multi-directional waves, Bull's-eye wave. wave-current, and solitary wave are presented, and a model test in motion with large amplitude of roll angle is conducted in the developed 3D-NWT, using a overlaid grid system.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2006년도 추계학술대회 논문집(제1권)
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• pp.205-210
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• 2006

해양구조물 설계시 급격한 파랑에 의한 충격력은 구조물 안전을 위한 중요한 설계인자이다. 이러한 충격력은 과도한 하중이 극히 짧은 시간 사이에 발생하는 현상으로 실험적 또는 수치해석적으로 해석하기 매우 어려운 문제이다. 본 연구에서는 급격한 파랑에 의한 충격력을 해석하기 위하여 수치파수조를 이용하여 N.S. 방정식에 기반한 수치해석을 수행하였다. 임의파를 선형중첩에 기반하여 조파기를 작동시켜 재현하였고 다블록격자하에서 수직실린더에 작용하는 충격력을 수치해석하였다. 한편 자유표면은 V.O.F. 및 local height function을 이용하여 추적하였다. 수치해석 검증을 위하여 수치해석 및 실험 결과와 비교를 수행하였는데 비교적 만족할 수 있는 결과를 확인하였으나 해양구조물 설계시 유용한 결과를 얻기 위해서는 쇄파와 같은 극한파 재현과 극한파에 의한 충격력에 대한 많은 연구가 지속되어야 함을 알 수 있었다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제14권2호
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• pp.171-181
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• 2002

최근, 구조물에 의한 쇄파를 수반한 다양한 파랑변형 해석법중에 자유수면의 추적기법인 VOF법을 이용한 수치해석기법이 각광을 받고 있다. 본 연구는 수중투과성구조물(잠제)에 의한 파랑변형 및 유속장의 해석을 위해 조파를 위한 line-source와 파의 재반사를 방지하기 위한 부가감쇠영역이 설치된 2차원수치파동수조에 잠제를 설치하고 구조물에 의한 파랑변형의 자유수면 추적을 위해 VOF법을 적용하였다. 2차원수치파동수조를 이용한 본 연구의 수치해석수법의 타당성 검증을 위해 수리실험을 실시하였으며 그 결과 본 수치해석결과와 잘 일치하였다. 일열잠제와 이열잠제에 대한 수치해석을 통해 잠제 주변 유속장 해석으로부터 일열잠제의 경우 배후에서 와가 발생하고 이열잠제의 경우 잠제사이와 잠제배후에서 와가 발생함을 확인하였으며 잠제의 천단상에서는 강한 비선형성분파가 발생하고 투과층내의 유속방향은 자유수면의 형상에 의해 좌우됨을 확인하였다

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권4호
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• pp.273-278
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• 2009

월파형 파력발전장치는 월류된 파랑으로 인하여 발생한 수두차를 이용하여 터빈을 구동하는 일종의 파랑에너지 변환장치로써 파랑에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 본 연구는 상용 CFD코드 인 Fluent를 사용하여 수치 조파수조를 구현하여 월파형 파력발전장치의 해석에 도입을 하여 입사파 조건과 형상에 대한 계산을 수행하였다. 최적의 월류성능을 나타내는 구조물 사면형상을 도출하기 위하여 직선형과 포물선형을 채택하여 비교분석을 수행한 결과 포물선형 사면경사를 갖는 구조물이 더 우수한 월류성능을 보인다는 것을 확인 하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.65-72
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• 1993

본 논문에서는 비선형 자유표면파 문제에 대한 수치해법을 개발하였다. 궁극적인 물리적 모델은 수조시험에서의 조파저항 실험으로서 이를 모사하는 수치실험을 위한 수치해법을 개발하는데 그 목적이 있다. 수치해법으로서는 선형 문제에서 이미 수치방사조건의 효율성이 입증된 국소유한요소법을 비선형 문제에 응용하였다. 수치 계산과정에서는 교란원인 압력 분포면으로부터 멀리 떨어진 곳에서는 선형해를 이용하고 교란원 근처에서는 엄밀한 비선형 조건을 만족시켰다. 비선형 영역과 선형 영역 사이에는 비선형-선형 천이 완충영역을 수치 계산영역 내에 도입하여 적절히 수치 정합을 하였다. 수치 계산 과정중 각 축차 단계에서의 모드 해석을 이용하여 계산 시간을 월등히 줄일 수 있었다. 수치 계산 모형으로는 수조 실험을 모사한 자유표면 압력 분포면이 균일한 속도로 전진하는 문제를 택하였다. 본 수치계산 방법의 효율성으로 인하여 기존의 수치 계산 방법에 비해 월등이 큰 계산영역을 사용 수치계산을 수행할 수 있었다. 교란원에서 먼 하류에서 채택된 비선형 자유표면파를 선형 계산 결과와 비교하여 그동안 부분적으로 연구된 비선형파의 특성을 규명할 수 있었다. 비선형 효과에 의해 캘빈각이 증가하며, 캘빈각 근처의 파고와 파수가 증가하는 것을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.59-69
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• 2021

최근 친환경 에너지 개발에 대한 관심의 증가로 해상 및 연안 지역에서 대규모 해양구조물들이 건설되고 있다. 해양구조물은 항상 파랑 하중에 노출되어 있으므로 구조적인 안전성을 확보하기 위해서는 파랑에 대한 정확한 이해와 분석이 필수적이다. 실해역에서 수행되는 실험은 해양파를 이해하기 위한 가장 정확한 방법이지만, 변수의 통제가 어렵고 비용과 규모 측면에서 실험이 제한되는 경우가 많다. 본 연구에서는 수치파동수조를 이용하여 다양한 조건의 파를 생성하고 및 이론식과 비교를 통해 파랑 생성 능력을 검증하였다. 입자 기반 수치해석법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 기법을 이용하여 3차원 수조 및 피스톤 조파기를 모델링하였으며, 반사파에 대한 영향을 최소화하기 위해 수로 끝단에 질량 가중 감쇠 영역을 설정하여 안정적인 파고 및 유속 계산이 수행될 수 있게 하였다. 목표 파랑 조건에서,상대 수심이 2 이하를 만족하는 경우 파형경사에 관계없이 파고와 유속을 계산한 결과가 이론값과 높은 정확도를 보였다. 그러나 상대수심과 파형경사의 목표값이 증가하고, 측정 위치가 멀어짐에 따라서 최대 10% 이상의 오차가 발생하였다. 수치해석을 이용하여 정확한 계산이 가능한 파랑 범위를 무차원 변수를 이용하여 제안하였으며, 차후 수치해석을 이용한 수치파동수조 검증기준과 유체-구조물 상호작용 해석분야 연구에 효과적으로 활용될 수 있다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.199-208
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• 2019

2차원 조파수조에서 완전반사 조건의 규칙파 조파 실험을 수행하고, 세 가지 서로 다른 CFD 모델의 성능을 검증하였다. 사용된 CFD 모델은 CADMAS-SURF, olaFlow 및 KIOSTFOAM이었다. 쇄파가 발생하지 않는 조건, 중복파의 쇄파가 발생하는 조건, 입사파의 쇄파가 발생하는 조건에서 실험 및 모델링을 수행하였다. 그 결과 세 모델 중 KIOSTFOAM이 실험결과를 가장 잘 재현하는 것으로 나타났다. CADMAS-SURF는 KIOSTFOAM에 비해 계산 시간은 줄어들지만 계산 정확도가 상대적으로 더 낮았다. olaFlow는 계산은 가장 빠르지만 조파 경계에서 반사파 흡수가 만족스럽지 않고 쇄파 발생 시 파랑에너지를 과도하게 소산시키는 것으로 나타났다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2002년도 추계학술대회 논문집
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• pp.174-180
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• 2002

A virtual reality technology for multipurpose numerical simulation is developed to reproduce and investigate a variety of ocean environmental problems in a 3D-Numerical Wave Tank. The governing equations for solving incompressible fluid motion are Navier-Stokes equation and continuity equation, and the Marker-Density function technique is adopted to implement the fully-nonlinear free-surface kinematic condition. The marine environmental situations, i.e. waves, currents, wind, etc., are reproduced by use of multi-segmented wavemaker on the basis of the so-called "snake-principle". In this paper, some numerical reproduction techniques for regular and irregular waves, multi-directional waves, Bull's-eye wave, wave-current, and solitary wave are presented, and a model test in motion with large amplitude of roll angle is conducted in the developed 3D-NWT, using a overlaid grid system.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.29-40
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• 1993

본 연구는 정수면으로 부터 얕게 잠겨 항주하는 3차원 수중익에 의한 비선형 조파현상의 특성규명을 위한 기초연구로서 수중익이 예인수조안에서 일정속도로 항주할 때 자유표면에 발생하는 비선형 파형의 특성과 수중익에 작용하는 유체력을 계산하기 위한 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로는 변분원리에 기초한 유한요소법올 사용하였으며 수중익 근처에서는 비선형 자유표면조건을 엄밀하게 만족시켰고 수중익으로 부터 충분히 떨어진 영역에서는 종래의 선형화된 자유표면 경계조건을 만족시켰다. 수치해법의 계산효율을 높이기 위하여 비선형영역과 선형영역 사이에 인위적인 비선형-선형 완충영역을 도입하여 계산영역을 크게 줄였다. 수중익을 간단한 직사각형 보오텍스계로 표현하여 유속과 몰수길이, 보오텍스의 세기 및 분포의 변화에 따른 비선형 파형의 특성을 조사하였으며 특히 자유 보오텍스선이 비선형 파형에 미치는 영향을 파악하였다. 파동에 의하며 수중익에 유기되는 속도성분들의 크기 및 분포, 양력 및 유기항력에 대한 계산을 수행하여 자유표면의 비선형성에 의한 영향을 규명하였다.