• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권6호
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• pp.356-367
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• 2019

본 연구는 olaFlow 모델에 의한 혼상류수치해석법을 적용하여 저천단구조물에 의한 불규칙파랑의 변동특성을 수치적으로 검토한다. 목표스펙트럼에 의한 불규칙파형과 측정된 불규칙파형과의 비교 및 이로부터 산정된 두 주파수스펙트럼의 비교로부터 olaFlow의 타당성을 검증하고, 2차원저천단구조물에 의한 불규칙파의 주파수스펙트럼의 변동, 파전달율, H_rms의 공간분포, 평균유속과 평균난류운동에너지의 공간분포 등을 수치적으로 검토한다. 이로부터 LCS 외해측의 전면에서 시계방향의 해빈류와 반시계방향의 순환류셀이 형성되고, 내해측의 정수면 근방에서 항내로 향하는 강한 일방향흐름이 발생되는 등의 중요한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권6호
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• pp.270-285
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• 2018

해안 항만구조물을 대표하는 혼성방파제의 설계에서 파랑하중에 의한 사석마운드 및 해저지반의 내부에서 과잉간극수압의 거동과 그에 따른 구조물의 파괴가 논의되어 왔고, 이를 수치시뮬레이션기법으로 규명하려는 시도가 있어왔다. 수치시뮬레이션에 관한 대부분의 연구에서는 선형 및 비선형의 해석법이 적용되었지만, 난류모델를 고려한 강비선형해석법이 적용된 사례는 거의 없었다. 본 연구에서는 VOF 법에 의한 쇄파현상과 LES 법에 의한 난류모델을 고려하는 고정도의 혼상류해석법인 olaFlow 모델을 적용하였으며, 규칙파-해저지반 및 규칙파-혼성방파제-해저지반의 상호작용해석에 관한 기존의 수치해석해 및 실험치와의 비교로부터 olaFlow 모델의 타당성을 입증하였다. 이로부터 혼성방파제의 케이슨과 사석마운드에서뿐만 아니라 해저지반의 내부에서 규칙파랑하중에 의한 수평파압, 과잉간극수압의 공간분포, 평균유속, 평균와도의 공간분포에 관한 특성 및 와도 크기의 평균분포와 평균난류 운동에너지와의 관계를 검토하였으며, 나아가 혼성방파제의 안정성을 논의하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.153-165
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• 2018

본 연구는 olaFlow을 이용하여 먼저 소스에 의한 불규칙파의 조파에서 목표주파수스펙트럼과 조파된 파랑의 주파수스펙트럼과의 비교 검토로부터 olaFlow의 타당성을 검증하였다. 이로부터 불규칙파랑 하 3차원투과성잠제를 대상으로 잠제 주변에서 형성되는 파고분포와 같은 수면변동의 특성과 설상사주의 주요외력으로 작용하는 평균유속, 연안류 및 난류운동에너지 등을 포함한 유속장의 특성을 수치적으로 검토하였다. 수치해석결과에 따르면 잠제 사이의 개구폭이 감소할수록 개구부 중앙에서는 자승평균평방근파고가 증가하지만 개구부 배후에서는 자승평균 평방근파고가 감소하며, 잠제의 개구폭이 넓을수록 강한 연안류가 형성됨과 동시에 수송유량이 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 잠제 배후에 형성되는 설상사주의 형성원인을 파악할 수 있었다.

• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권5호
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• pp.294-304
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• 2019

본 연구에서는 olaFlow 모델에 의한 혼상류수치해석법을 적용하여 2차원저천단구조물에 의한 파동장의 변동특성(전달율, 파고, 평균유속 및 평균난류운동에너지)을 수치적으로 평가한다. 또한, 기존의 수리실험결과와 비교하여 수치해석결과의 타당성을 검증한다. 도출된 수치해석결과 중에 평균유속은 구조물 항외측의 전면에서 반시계방향의 순환류셀을 형성하고, 항내측에서 항내로 향하는 강한 일방향흐름을 나타내며, 이들은 월파 등의 요소와 밀접한 관계를 가진다는 것 등을 알 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.39-50
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• 2018

본 연구는 공중사용허가서(오픈소스 기반) 라이선스 기반의 olaFlow를 적용하여 투과성잠제 주변에서 쇄파를 동반한 불규칙파와 흐름장의 비선형 상호작용을 고찰하였다. 본 연구에서 적용한 olaFlow의 불규칙파랑의 조파성능은 목표주파수스펙트럼과 조파파랑의 주파수스펙트럼을 비교 검토하여 불규칙파랑의 적용성을 검증하였다. 이로부터 지금까지 거의 검토되지 않은 불규칙파와 흐름의 공존장에 설치된 투과성잠제에 대해 배후경사면을 모래 혹은 자갈로 고려한 경우 흐름방향 등의 변화에 따른 잠제 주변에서 파고, 주파수스펙트럼, 쇄파, 평균유속 및 난류운동에너지 등의 변동특성을 면밀히 검토하였다. 수치해석결과로부터 투과성잠제의 천단상에서 발생하는 쇄파의 형태 및 평균유속의 형성은 흐름방향 및 배후사면의 형태에 따라 좌우됨을 알 수 있었다. 또한, 흐름방향에 따른 파고의 변화는 난류운동에너지와 밀접한 관계를 가지는 것 등의 중요한 사실을 확인할 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제30권4호
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• pp.166-179
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• 2018

본 연구는 파-흐름의 공존장에 설치된 3차원투과성잠제에 관해 흐름방향에 따라 변화되는 잠제 주변에서 파고분포와 같은 수면변동의 특성 및 설상사주의 주요외력으로 작용하는 평균유속, 연안류 및 난류운동에너지 등을 포함한 유속장의 특성을 수치적으로 검토하였다. 수치해석에는 오픈소스 CFD 코드인 olaFlow를 적용하였으며, 대상파랑은 규칙파와 불규칙파로 하였다. 수치해석결과로부터 흐름방향(순방향과 역방향)에 따른 잠제 제간부 배후에서 파고변화는 난류운동에너지와 밀접한 관계를 가지며, 흐름이 존재하는 경우는 흐름이 없는 경우보다 약한 연안류가 형성됨과 동시에 수송유량이 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 이로부터 흐름의 유무 및 방향이 잠제 배후에 형성되는 설상사주의 형성과정에 미치는 영향을 파악할 수 있었다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.129-145
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• 2019

해안 항만구조물을 대표하는 혼성방파제의 설계에서 파랑하중에 의한 사석마운드 및 해저지반의 내부에서 과잉간극수압의 거동과 그에 따른 구조물의 파괴가 논의되어 왔고, 이를 수치시뮬레이션기법으로 규명하려는 시도가 있어왔다. 수치시뮬레이션에 관한 대부분의 연구에서는 선형 및 비선형의 해석법이 적용되었지만, LES 법에 의한 난류모델과 VOF 법에 의한 쇄파현상을 고려한 강비선형혼상류해석법이 적용된 사례는 거의 없었다. 본 연구의 선행 연구에서는 규칙파 작용하 혼성방파제-해저지반의 비선형상호작용해석에 혼상류해석법인 olaFlow 모델을 적용하였다. 본 연구도 동일한 해석법을 사용하여 불규칙파 작용하 혼성방파제-해저지반의 비선형상호작용해석을 수행하며, 이로부터 혼성방파제의 케이슨과 사석마운드 및 해저지반 근방에서 유의파고와 유의주기의 변화에 따른 수평파압, 과잉간극수압(시간변동 및 주파수스펙트럼), 평균유속, 평균와도 및 평균난류운동에너지 등을 검토하였다. 이로부터 케이슨 전면 사석마운드 수평부상에서는 최대무차원과잉간극수압, 평균난류운동에너지 및 평균와도가 동일하게 커지고, 또한 케이슨 전면의 정수면 근방에서는 항내측으로, 해저면 근방에서는 항외측으로 향하는 순환류가 형성되는 등의 중요한 결과를 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제32권3호
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• pp.180-201
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• 2020

유한길이의 혼성방파제 선단에서 발생되는 회절파의 영향으로 방파제 길이를 따라 중복파고가 변동하고, 이로 인하여 케이슨에 작용하는 파압이 공간적으로 변동하며, 또한 케이슨의 활동거리가 상이한 사행피해가 발생한다는 것은 잘 알려져 있다. 제체에 작용파력의 공간적인 변동은 2차원적인 실험이나 수치해석으로서는 접근될 수 없는 문제이다. 본 연구는 olaFlow 모델을 적용하여 고천단의 사석마운드 상에 놓인 케이슨의 선단 주변에서 회절파의 발생과 배후역으로의 영향 및 제체에 작용하는 충격쇄파압을 포함한 파압의 공간적인 변동 등을 2차원 및 3차원수치기법으로 접근한다. 또한, 수치해석에서는 혼성방파제 주변에서 평균파고, 평균수평유속 및 평균난류운동에너지의 변동특성을 면밀히 분석·검토한다. 이로부터 동일한 입사파랑에 대해 케이슨에 작용하는 파압분포가 방파제의 길이에 따라 크게 변동하며, 2차원수치해석에서는 발생되지 않았든 충격쇄파압이 3차원수치해석에서는 발생되는 경우가 나타나고, 충격쇄파압의 발생 시 경우에 따라 기존의 설계조건보다 매우 큰 파압이 정수면 근방의 케이슨 전면 벽체에 작용되는 등의 중요한 결과를 확인할 수 있었다.