Hydrodynamic performance of a movable submerged breakwater was analyzed using energy dissipation model. Based on two-dimensional boundary element method the equation of motion including a viscous dissipation term proportional to velocity squared was solved by Newton-Raphson method. Energy dissipation coefficients as well as reflection and transmission coefficients of a submerged flat plate were calculated with various plate lengths and thickness. Both real and imaginary components of body displacement and forces were used to solve the motion of breakwater accurately. The effect of the magnitude of dissipation coefficient on the body displacement was evaluated. The results from the potential theory with no dissipation term were found to be an overestimate in resonance frequency.
본 연구에서는 경계요소법을 이용하여 불투과성 사다리꼴형상 잠제에 의한 파랑의 반사율과 투과율을 이론적으로 수치해석 하였다. 해석기법으로는 유체와 투과성 영역을 동시에 해석할 수 있는 파압함수를 사용하였으며, 이론적으로 간단히 하기 위해, 투과성 영역내의 파랑의 운동은 선형소산계수와 부가질량계수를 도입하여 정식화하였다. 사다리꼴형상 잠제의 소파특성은 잠제의 법면경사의 변화에 대한 의존도가 높은 것을 알 수 있었다.
한국해안해양공학회 2002년도 한국해안해양공학발표논문집 Proceedings of Coastal and Ocean Engineering in Korea
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pp.14-23
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2002
Wave breaking and breaking wave-induced hydrodynamics are very important subjects in the field of coastal and ocean hydrodynamics and engineering. In the coastal zone, a submerged breakwater has been increasingly popular, since it is one of nature-matching structures with multi- functions such as (1) wave energy dissipation by wave breaking and friction, (2) oxygen supply to sea by wave breaking and breaking wave, (3) water purification by entrained air bubbles, (4) keeping. good seascape. and (5) good habitat for sea livings. Recently, the breaking wave-induced high frequency pressure over a submerged breakwater is said to have a function of gathering sea livings around the structure, which has encouraged the construction of the submerged breakwater in coastal zone. (omitted)
This study discusses the wave transformation(wave reflection and transmission) by a impermeable submerged breakwater with one ray, and integrated horizontal wave pressure acting on the structure. Numerical method in this study is based on the simplified eigenfunction expansion method and linear wave theory. Although this method is very simple, the results give good agreement with the one of the strict eigenfunciton expansion method, especially, in case that the crown width of the submerged breakwater becomes longer and its crown water depth shallower. Therefore, it is concluded that this simplified method is one good method in planning coastal structures as like the submerged breakwater in this study, and computing their wave transformations.
Generally, it is pointed out that the submerged breakwater with one row can not regulate the long period waves efficiently, because the crown width is very shorter than the wave length of the long period waves. Therefore, the wide crown is needed to raise the controlling efficiency for the long period waves. This study picks up the submerged breakwater with two rows which has smaller construction materials comparing to the one row and discusses the wave controlling function for the long period waves. Judging from the results obtained by using the strict dividing region method, the submerged breakwater with two rows can more regulate the long period waves than one row can, especially, in case that crown width and inner width of its construction come to be wider.
해안선 변동을 제어하기 위해 설치되는 잠제의 효과를 이해하기 위해 해안선과 평행한 단일 잠제 주변 연안의 흐름변화 특성을 수리실험을 통해 연구하였다. 잠제와 입사파 파라미터에 따른 잠제 후면의 흐름패턴을 관측하기 위해 LSPIV(Large-Scale Particle Image Velocimetry) 이미지 분석 기법을 적용하였고, 잠제 주변의 역학적 특성을 파악하기 위해 평균수면 및 파고분포를 관측하였다. 수리실험을 통해 흐름패턴은 잠제에 의한 파고(파랑응력) 분포변화와 그에 따라 발달하는 잠제 후면과 측면 쇄파유도류 및 평균수면상승효과의 상호작용에 의해 변화됨을 알 수 있었다. 잠제 주변의 분기 또는 수렴하는 흐름패턴에 따라 각각 해안선 변동을 침식 또는 퇴적반응으로 구분하는 Ranasinghe et al.(2010)의 경험식과 수리실험 결과를 비교하여, 전반적으로 경험식에 부합하는 흐름패턴을 확인할 수 있었다. 그러나 일부 실험결과에서 기존의 경험식을 적용하여 구분하기 어려운 침식과 퇴적이 혼재된 반응을 유도하는 흐름패턴도 관찰할 수 있었다.
본 연구는 불규칙파동장에 설치된 불투과잠제를 대상으로 잠제의 배후에서 파랑에너지의 변화특성을 고찰한다. 이를 위해 VOF법에 기초한 2차원수치파동수로를 이용하였다. VOF법은 쇄파를 포함한 자유수면의 수치 모의가 가능한 가장 효과적인 방법이다. 잠제배후에서 주파수스펙트럼의 해석결과에 의하면 쇄파는 잠제의 파랑제어능에 중요한 역할을 하고 있음을 확인하였다. 잠제의 천단상에서 쇄파가 발생하는 경우에 일렬잠제는 파에너지가 단주기측으로 이동하고 이열잠제의 경우는 스펙트럼의 피크가 뚜렷하지 않고 비슷한 크기의 에너지가 전 주파수대에 걸쳐 분포됨을 확인하였다.
본 연구에서는 투과성잠제 주변의 파동장 해석을 위한 2-D 수치해석기법과 3-D 수치해석기법에 의한 결과를 비교하기 위하여 투과성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려할 수 있는 수치해석기법을 이용하고, 난류모델로서 LES 모델을 도입하여 기존에 수행되었던 수리모형실험과의 비교를 통하여 검증하였다. 수치해석결과로부터 투과성잠제의 배후에서 2-D해석에 의한 결과가 3-D해석의 경우보다 높은 파고분포를 나타내었으며, 잠제 주변의 평균류에 대해서도 비교, 논의하였다.
본 연구에서는 투과성잠제의 비탈면경사가 주변 파동장에 미치는 영향을 검토하기 위해 투과성구조물에 의한 유체저항(관성저항, 층류저항 및 난류저항)을 고려할 수 있는, 즉 파-구조물-지반의 상호작용을 해석할 수 있는 수치모델에 LES 난류모델을 도입한 새로운 수치해석기법(LES-WASS-2D)을 제안하여 기존에 수행되었던 수리모형실험과의 비교를 통하여 검증하였다. 이러한 수치해석기법을 이용하여 투과성잠제의 비탈면경사의 변화에 대한 수치모의를 수행한 결과, 비탈면경사가 완만해질수록 반사율 및 투과율이 감소함과 동시에 에너지손실(Energy loss)이 커지는 것을 알 수 있었다. 또한, 잠제의 비탈면경사의 변화에 따른 마루에서 쇄파점의 위치 및 잠제 배후에서의 순환류와 평균와도의 규모에 대해서도 논의하였다.
이 연구의 초점은 실험적 연구결과를 바탕으로 투수성 블록 2층적으로 구성된 잠제에서 목표 전달파 성능을 만족시키는 잠제의 제원을 결정하거나 혹은 잠제 제원이 주어졌을 때 전달파고비를 예측하는 기술을 제시함에 있다. 이를 위해서 테트라포드 및 삼각뿔블록을 이용한 수리모형실험을 수행하고 실험자료의 분석과정에서 파라메터 $K_Th_b/h$를 도입 제안하였다. 실험자료의 분석을 통해 얻어진 선형 회귀식을 이용하면 잠제가 전달파고를 크게 감소시키는 여건에서는 잠제의 마루수심 변화에 대응하여 전달파고비를 쉽게 예측하는 것이 가능하였다. 이 방법은 서로 다른 블록을 사용하여 구성된 잠제의 전달파 특성을 비교하고, 블록의 소요수량을 추정함에도 효과적으로 이용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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