• 대한토목학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.831-838
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• 2016

최근 해안공학분야에서 식생을 활용하는 연안방재시스템에 관한 관심이 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 쓰나미-식생 비선형 상호작용에 의한 파동장과 유동장을 해석하기 위하여 식생항력에 따른 에너지소산을 직접 해석할 수 있는 3차원 수치파동수조를 기존의 3-D N-S solver (LES-WASS-3D ver. 2.0, HYMO-WASS-3D)를 토대로 개발하였다. 그리고 기존의 실험결과와 비교 및 검토를 통한 수치파동수조의 적용성을 평가하였다. 그 결과 레이놀즈수에 따라 능동적으로 추정되는 항력계수를 고려한 경우가 평균 항력계수를 적용한 경우보다 실험에서 얻어진 각 지점의 시간파형을 잘 재현하였다. 또한 식생밀도 및 입사파고에 따라 계산된 고립파의 전달률이 실험의 측정값과 높은 일치도를 나타내었다. 이로써 본 연구에서 식생에 의한 항력으로서 동적항력계수를 적용한 3차원 수치파동수조의 타당성 및 유효성을 확인하였다.

• 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

• 대한토목학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.819-830
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• 2016

아직까지 밀도성층을 통과하는 파랑변형에 관한 동수학적 특성에 대해서 명확히 밝혀진 부분은 그다지 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 2층 밀도성층을 통과하는 파랑의 수리특성을 수치적으로 해석하기 위하여 온도와 염분에 따른 밀도류를 해석할 수 있게 개량된 3차원 수치파동수조(LES-WASS-3D ver. 2.0)를 이용하여 수치시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 이용하는 수치파동수조의 타당성 및 유효성을 확인하기 위하여 Stokes 3차 파랑이론에 근거한 내부파형을 비교 검토하였다. 수치시뮬레이션 결과로부터 밀도성층을 통과하는 수면파 및 내부파의 파고가 감소하는 현상을 알 수 있었으며, 이것은 상 하층의 밀도차이에 기인한 전파속도 차이로 인하여 계면에서 강한 와도가 발생하기 때문으로 확인되었다. 또한 밀도성층의 밀도차이가 증가할수록, 상 하층의 수심비가 증가할수록(상층의 수심이 깊어질수록) 와도가 강하게 발생하여 수면파 및 내부파의 파고감쇠를 심화시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.248-257
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• 2011

본 연구에서는 규칙파동장에 있어서 인장계류된 원형부유체의 파랑응답해석에 2차원 Navier-Stokes solver에 기초한 새로운 수치파동수조모델을 제안하였다. 본 수치파동수조모델에서는 이동구조물과 유체와의 상호작용을 해석하기 위하여 직각좌표계에서 임의형상의 불투과경계를 갖는 구조물과 유체와의 연성해석이 가능한 IBM(Immersed Boundary Method)과 자유수면 추적을 위한 VOF(Volume of Fluid)법을 결합하였다. 부유체운동에 대한 수치결과를 기존의 FAVOR(Fractional Area Volume Obstacle Representation)법에 의한 계산결과 및 수리실험과 비교하였다. 게다가, 수치모델의 보다 자세한 검증을 위하여 원형부유체의 동요 및 자유수면변동에 관한 수리모형을 추가로 실시하였고, 제안된 수치모델의 범용성과 타당성을 검증하기 위하여 직사각형부유체에 대한 수치 및 수리실험도 병행하였다. 이로부터 추정된 수치계산결과는 실험결과를 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었다.

• 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.

• 해양환경안전학회지
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• 제18권5호
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• pp.388-397
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• 2012

본 연구에서는 3차원수치파동수조에 규칙파뿐만 아니라 안정적인 불규칙파가 조파될 수 있는 새로운 조파시스템 3D-NIT(3-Dimensional Numerical Irregular wave Tank)모델을 제안한다. 그의 타당성을 검증하기 위하여 1) 조파지점에서 계산파형과 목표파형을 비교 검토하고, 2) 경사수심역에 설치된 호안구조물을 대상으로 산정된 기존 월파량에 대한 실험치와 비교 검토하며, 3) 연직원주 구조물에 작용하는 파력 및 구조물에 의한 파랑변형의 해석에 적용하여 기존의 수치 및 수리실험결과와 비교한다. 이상의 결과를 기초로 3D-NIT모델을 경사수심역에 설치된 원주구조물에 작용하는 쇄파력의 해석에 적용하여 입사파고, 구조물의 이격거리 등에 따른 작용쇄파력의 특성을 규명하고, 더불어 국내현장의 특수방파제에 적용하여 반사율, 월파량 등을 검토하였다. 그 결과 본 연구에서 제안하는 3D-NIT모델을 이용한 수치실험결과는 기존의 수리모형실험을 잘 재현하고 있음을 확인하였고 복잡한 형상을 갖는 해안구조물의 해석에 적용할 수 있음이 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.108-111
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• 2012

최근에 태풍 매미 등 이상 기후로 인한 기상이변이 빈번히 발생함에 따라 그에 대한 대처방안을 모색하기 위해 2005년 해양수산부에서는 지역 및 해역별 특성을 분석하여 종전 설계기준을 강화하였다. 하지만, 기존에 설계된 항만 구조물의 마루높이 및 피복재 중량 등이 새로 개정된 설계기준에 미치지 못하는 등 안전성에 대한 문제가 발생하고 있으며, 이러한 문제점을 개선하기 위해 기존 방파제를 보강하는 여러 방식이 제안되고 있다. 그 중 부유식방파제는 해수의 소통을 방해하지 않는 친환경적인 구조물로써, 연약지반에 시공이 가능하고 시공 시 오탁이 적게 발생하여 시공이 편하다는 장점을 가지고 있다. 또한 구조물의 해체 및 보강시 건설폐기물을 발생시키지 않는 친환경적인 구조물이기 때문에 새로운 방식의 대체 외곽항만구조물로 관심을 받고 있다. 이에, 본 연구에서는 사석경사제 전면에 부유식구조물을 설치하여 방파제 보강하는 방안을 제시하고자, 부유식구조물을 통과한 파랑이 사석경사제와 만나 발생하는 처오름높이를 분석하였다. 본 수치모의에서는 유체의 점성 및 난류특성을 포함하고 있는 Navier-Stokes 방정식을 그대로 해석하는 2차원 수치파동수조(CADMAS-SURF)를 이용하여 수치 모의을 수행하였다. 부유식구조물은 불투수성구조물로 수면에 고정시키는 방식을 적용하여 사석경사제의 전면에 설치하였으며, 고정된 부유식구조물의 흘수심을 변화시켜 사석경사제에서의 처오름높이를 산정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.142-146
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• 2017

지진해일의 수리특성을 분석하기 위하여 유사한 파형특성을 가진 고립파를 많이 이용하고 있다. 그러나 고립파의 근사파형은 실제 지진해일에 비해 상당히 좁은 파형분포를 가지고 있다. 이에 수치모의에서는 기존의 고립파 근사식을 개량하여 고립파형의 지진해일을 수치적으로 생성하고 있다. 본 연구에서는 지진해일의 파형분포에 따른 월파특성을 수치적으로 조사하기 위하여 개량된 고립파 근사식을 2차원 N-S solver에서 적용하였다. 이것에 기초하여 수치파동수조에 직립호안과 그 배후에는 월파수조를 설치하고, 지진해일 월파량을 측정하였다. 수치해석결과로부터 직립호안 주변의 공간파형과 마루 위의 유속분포로부터 파형분포에 따른 월파현상을 분석할 수 있었다. 또한 기존 고립파 근사이론 대비 개량된 고립파의 체적비에 따른 월파량 변화를 정량적으로 조사하였다. 그 결과 지진해일의 체적비가 증가할수록 월파량이 거의 선형적으로 증가하는 경향을 나타내었다.

• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.286-304
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• 2017

본 연구에서는 어항 등과 같은 소규모 항에서 적용 가능한 격자블록결속에 의한 신형식의 원형유공케이슨을 제안하고, 이러한 방파제의 수리특성을 수치적으로 검토하였다. 본 연구에서 적용한 수치해석 코드는 최근들어 다양한 분야에서 공학적 문제해결을 위해 그 사용예가 급증하고 있는 공중사용허가서(오픈소스 기반) 라이선스 기반의 OpenFOAM(Open Field Operation and Manipulation)에 조파모듈, 투과층 해석모듈, 및 반사파 제어기능 등을 추가한 OLAFOAM을 적용하였다. 본 연구는 먼저, 1) 규칙파 하 3차원슬리트케이슨 방파제에서 파의 파압변동에 대해 기존의 실험 결과와 비교 검토하고, 2) 불규칙파를 조파하여 목표한 파의 재현과 주파수스펙트럼을 비교 검토하여 OLAFOAM의 타당성을 검증하였다. 이로부터 슬리트케이슨과 유사한 원형유공케이슨이 설치된 일정수심의 3차원수치파동수조에 불규칙파를 조파하여 유수실 폭과 유의파고 및 유의주기의 변화에 따른 원형유공케이슨 방파제에서 월파량, 반사율, 파압분포 및 그들의 상호연관성을 면밀히 검토 분석하였다. 이로부터 파압분포는 불투과연직벽체에 대한 Goda 식의 결과보다 매우 작은 결과를 나타내었으며, 반사율은 기존의 슬리트케이슨에서 반사율의 변동범위 내에 존재하는 것을 알 수 있었다.