• 대한토목학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.1037-1048
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• 2016

본 연구에서는 Navier-Stokes 방정식과 자유수면 추적에 VOF법을 채용하는 CADMAS-SURF를 이용하여 파랑과 흐름의 비선형 상호간섭현상을 연구하였다. 파-흐름 공존장에서의 유체거동 해석을 위해 CADMAS-SURF를 수정 및 확장하였고, 계산치를 실험치와 비교하여 본 연구의 타당성을 확인할 수 있었다. 본 연구의 수치수로를 파랑-흐름 공존장에서 주어지는 복잡한 물리 현상 규명과 파-흐름-잠제의 상호간섭해석에 적용하여, 유속장, 와도장, 자유수면과 와도와의 관계 등을 논의하였다.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제5권4호
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• pp.29-43
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• 2001

In this paper, free surface flows around an advancing two-dimensional rectangular cylinder piercing the free surface are studied using numerical and experimental methods. Especially, wave breaking phenomenon around the cylinder is treated in detail. A series of numerical simulations and experiments were performed for the purpose of comparison. For the numerical simulations, a finite difference method was adopted with a rectangular grid system, and the variation of the free surface was computed by the marker density method. The computational results are compared with the experiments. It is confirmed that the present numerical method is useful for the numerical simulation of nonlinear free surface waves around a piercing body.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.41-49
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• 1997

작은 파 기울기(Ak=0.01)를 갖는 Stokes 파/평판의 경계층 및 반류에 대하여 엄밀 및 근사 자유표변 경계조건을 적용하여 Navier-Stokes 식을 수치해석하였다. 거시유동에서는 외부 흐름 압력 변화가 유선방향의 속도 성분을 가속 혹은 감속시키며 교차 유동의 방향 변화를 야기시킨다. 특히 반류는 역(逆)압력기울기 영역에서보다 순(順)압력기울기 영역에서 그 반응이 크며 정수 중에서의 값을 평균치로 하지 않고 편향되는 반류 편향 특성을 갖는다. 미시유동에서는 자유표면 경계조건이 경계층 및 근접/중간 반류영역에서 큰 영향을 미친다. 차수크기 추정은 계산 결과와 잘 일치하였으며 근사 자유표변 경계조건은 상당한 오차를 유발시킴을 알 수 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.35-47
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• 1996

포텐셜을 기저로 하는 판요소법을 사용하여 자유 표면이 존재하는 유동장에서 일정 속도로 전진하는 3차원 물체의 형상을 설계하였다. 설계 방법으로는 원하는 압력 분포를 경계 조건으로 부여하고 이를 만족하는 물체 형상을 찾아내는 역해석법(inverse method)을 사용하였다. 즉, 주어진 압력으로부터 물체 표면에 분포된 법선 다이폴의 세기인 포텐셜 값을 결정하게 되며, 이는 물체 표면에 대한 Dirichlet형태의 경계 조건으로서 Green의 정리로부터 유도된 적분 방정식을 해석하게 된다. 전체 속도 포텐셜은 기본 유동인 선속에 대한 성분과 선제에 의하여 교란되는 성분으로 구성되어진다고 가정하였으며, 교란 포텐셜을 사용하여 선형화된 자유 표면 경계 조건을 적용하였다. 적분 방정식에 대한 수치 해석을 위해 물체 표면에 법선 다이폴과 Rankine 쏘오스를 분포하였으며, 자유 표면에는 Rankine 쏘오스를 분포하고 4점 유한 차분법을 사용하여 자유 표면 경계 조건이 만족되도록 하였다. 해로서 얻어지는 각 판요소에서의 Rankine 쏘오스의 세기는 가상의 유동 출입량으로서 형상 수정항으로 사용되었다. 몰수 회전 타원체의 형상 설계에 대하여 본 설계법을 적용한 결과 무한 수심에서나 조파 상태에서 $4{\sim}6$회의 반복 계산으로 충분히 수렴된 해를 얻을 수 있었다. 또한 자유 표면을 가르고 전진하는 Wigley 수학적 선형에 대한 형상 설계를 수행하여 만족스러운 결과를 얻어내었으며, 얻어진 수치해는 매우 안정적이고 빠른 수렴성을 보였다. 선형의 우열 비교를 통해 조파 저항을 감소시킬 수 있는 압력 분포의 형태를 파악하였으며, 이를 바탕으로 조파 저항의 관점에서의 5500TEU급 콘테이너 운반선의 설계를 수행하였다. 설계되어진 새로운 선형은 조파 저항의 관점에서 기존의 선형보다 계산과 실험에서 모두 우수하게 개량된 것으로 나타났다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제1권1호
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• pp.20-28
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• 2009

In thus paper we validate a numerical model for wave-structure interaction by comparing numerical results with laboratory data. The numerical model is based on the Navier-Stokes (N-S) equations for an incompressible fluid. The N-S equations are solved by a two-step projection finite volume scheme and the free surface displacements are tracked by the volume of fluid (VOF) method The numerical model is used to simulate solitary waves and their interaction with a group of slender vertical piles. Numerical results are compared with the laboratory data and very good agreement is observed for the time history of free surface displacement, fluid particle velocity and wave force. The agreement for dynamic pressure on the cylinder is less satisfactory, which is primarily caused by instrument errors.

• 대한조선학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.72-82
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• 1995

본 연구에서는 자유수면 아래서 일정한 속도로 전진하는 수중익에 의한 유동현상을 수치적으로 계산하였다. 수치계산은 MAC(Marker and Cell) 방법에 기초한 Navier-Stokes방정식의 수치해석법을 이용하여 직사각형격자계에서 수행하였으며, 날개와 자유수면 부근에는 계산정도를 높이기 위하여 격자를 집중시켰다. 자유수면 파형 및 수중익 주위의 압력분포와 점성유동현상도 계산하였으며, 수중익의 잠긴 깊이에 따른 파형의 변화와, 쇄파(breaking wave)현상에 대하여서도 수치적으로 해석하였다. 또한, 선형시험수조에서 모형시험을 수행하여 깊이변화에 따른 파형을 계측하였다. 검증을 위하여 수치계산결과들을 이 실험 및 다른 실험결과들과 비교하고 계산정도를 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제47권3호
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• pp.388-397
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• 2010

A two-dimensional time-domain, potential-theory-based fully nonlinear numerical wave tank (NWT) was developed by using boundary element method and the mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) approach for free-surface node treatment. The NWT was applied to prediction of primary wave energy conversion efficiency of a bottom-mounted oscillating water column (OWC) wave power device. The nonlinear free-surface condition inside the chamber was specially devised to represent the pneumatic pressure due to airflow velocity and viscous energy loss at the chamber entrance due to wave column motion. The newly developed NWT technique was verified through comparison with given experimental results. The maximum energy extraction was estimated with various chamber-air duct volume ratios.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제3권4호
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• pp.1-14
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• 1999

The improved Green integral equation using the Kelvin-type Green function in known free of irregular frequencies where the integral over the inner free surface integral is removed from the integral equation, resulting in an overdetermined integral equation. The solution of the overdetermined Green integral equation is shown identical with the solution of the improved Green integral equation Using the B-spline higher order panel method, the overdetermined equation is discretized in two different ways; one of the resulting linear system is square and the other is redundant. Numerical experiments show that the solutions of both are identical. Using the present methods, the exact values and higher derivatives of the potential at any place over the wetted surface of the body can be found with much fewer panels than low order panel method.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권4호
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• pp.38-44
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• 2004

The motion response analysis of a submerged elliptic cylinder in waves is presented and the elliptic cylinder is a simplification of the section of submarine in this paper. The method is based on boundary integral method and two-dimensional 3 degree motions are calculated in regular harmonic waves. The fully nonlinear free surface boundary condition is assumed in an numerical domain and this solution is matched along an assumed boundary as a linear solution composed of transient Green function, The large amplitude motions of an elliptic cylinder are directly simulated and effects of wave frequency, wave amplitude and the distance from buoyancy center to gravity center are discussed.

• Journal of Theoretical and Applied Mechanics
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• 제1권1호
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• pp.1-27
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• 1995

In this paper a finite element method for free-surface problems is described. the method is based on two different forms of Hamilton's principle. To test the present computational method two specific wave problems are investigated; the dispersion relations and the nonlinear effect for the well-known solitary waves are treated. The convergence test shows that the present scheme is more efficient than other existing methods, e.g. perturbation scheme.