International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권3호
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pp.282-291
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2017
The main aim of this study is to investigate the effect of berm breakwater on wave run-up. A total of 200 numerical analysis tests have been carried out in this paper to investigate the effect of berm width, wave height, and wave period on the wave run-up, using an integrating technique of Computer-Aided Design (CAD) and Computational Fluid Dynamics (CFD). Direct application of Navier Stokes equations within the berm width has been used to provide a more reliable approach for studying the wave run-up over berm breakwaters. A well tested Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) code with the Volume of Fluid (VOF) scheme was adopted for numerical computations. The computational results were compared with theoretical data to validate the model outputs. Numerical results showed that the simulation method can provide accurate estimations for wave run-up over berm breakwaters. It was found that the wave run-up may be decreased by increasing the berm width up to about 36 percent. Furthermore, the wave run-up may increase by increasing the wave height and wave period up to about 53 and 36 percent, respectively. These results may convince the engineers to use this model for design of berm breakwater in actual scale by calculating the Reynolds numbers.
Wave run-up is an important phenomenon that should be considered in ocean structure design. In this study, the wave run-up of a surface-piercing circular cylinder was calculated in the time domain using the three-dimensional linear and fully nonlinear numerical wave tank (NWT) techniques. The NWT was based on the boundary element method and the mixed Eulerian and Lagrangian method. Stokes second-order waves were applied to evaluate the effect of the nonlinear waves on wave run-up, and an artificial damping zone was adopted to reduce the amount of reflected and re-reflected waves from the sidewall of the NWT. Parametric studies were conducted to determine the effect of wavelength, wave steepness, and the draft of the cylinder on the wave run-up of the cylinder. The maximum wave run-up value occurred at 0°, which was in front of the cylinder, and the minimum value occurred near the circumferential angle of 135°. As the diffraction parameter increased, the wave run-up increased up to 1.7 times the wave height. Furthermore, the wave run-up was 4% higher than the linear wave when the wave steepness was 1/35. In particular, the crest height of the wave run-up increased by 8%.
본 연구에서는 정현파와 크노이드파를 입사파로 이용하여 주기파의 최대 처오름높이를 수치해석하였다. 크노이드파의 최대 처오름높이는 파장이 매우 짧아지면 정현파의 처오름높이에 접근하며, 파장이 길어지면 고립파의 처오름높이와 유사한 성질을 갖는다. 동일한 파고로 입사할 경우, 크노이드파의 최대 처오름높이는 정현파의 처오름 높이보다는 항상 큰 반면에, 고립파의 처오름높이보다는 항상 작다는 것을 보였다.
현재 실무에서 많이 적용되고 있는 Saville의 가상 구배법에 기초하여 복합사면에서의 도파고를 간단히 산정하기 위한 양해적 근사식을 개발하였다. 수심대 파고비, 사면경사, 파형경사 등과 도파고비와의 관계를 도출하였다. 또한 도파고 산정에 있어 정확도를 검증하기 위하여 양해적 근사식의 산정결과를 Saville의 관측결과와 네덜란드 Delft 공식의 산정결과와 비교하였다.
In this study, the run-up of water waves on slopes of s-berm breakwaters was investigated by performing a series of hydraulic experiments. The run-up height was analyzed in detail by using the effects of wave steepness and surf similarity parameter. In general, the run-up heights were decreased as the height and the width of berm were increased. However, the variation of run-up height was small for change of wave steepness and surf similarity parameter.
The numerical simulation using LES-WASS-3D is developed to investigate the wave run-up on the revetment along the canal. Interaction of ocean wave, current, and Kelvin wave is investigated on 40 conditions varying the number of ship, cruising direction, and relative cruising location of ships, when a 650TEU container cruises in the canal. The mean wave run-up heights on the revetment are compared for every simulated conditions. The largest height of wave run-up is generated at the C-pair condition and the wave run-up generated at the canal entrance is larger than that at the inside canal. When Kelvin waves is interacted with the current, the mean wave run-up height is increased approximate 10% compared with no current condition.
도파고를 산정하는 경험식을 도출하기 위하여 도파지점에서의 수리조건을 대표하는 수치를 적용한 새로운 무차원수인 파활동경사 $S_x$를 도입하였다. Saville(1958)의 실험자료에 기초하여 사면경사, 파형경사 등과 도파고비와의 관계를 도출하여 수심 구간별로 도파고를 산정할 수 있는 경험식을 제시하였다. 한편 Ahrens(1988) 관측자료와 Mase(1989) 실험자료를 이용하여 조도 영향을 고려하며 광범위한 경사조건에 적용할 수 있는 보다 일반성이 확보된 경험식을 도출하였다. Mase(1989)가 시도한 바와 같이 Iribarren 수를 도입한 경우에는 비선형관계가 유도되어 지수형 산정식이 도출된다. 이에 반하여 지점 파활동경사를 도입하였을 경우에는 단순히 선형 비례하는 간단한 일차식의 형태로 광범위한 수심과 경사 구간에 적용할 수 있는 경험식을 도출할 수 있었다.
지진해일에 대한 기존의 연구는 이차원 Boussinesq 모형과 Solitary wave에 기초한 수치해석이 그 주류를 이룬다. 최근 Solitary wave에 의한 처오름 높이가 관측치를 하회한다는 인식에 기초하여 지진해일 내습전 해안선이 전진하는 현상의 모의가 가능한 Leading Depression N (LDN) Wave가 제시되었으며 이에 기초하는 경우 보다 정확한 모의가 가능한 것으로 보고된 바 있다. 이러한 성과에도 불구하고 수리모형 실험의 경우 안정적인 Leading Depression N (LDN) Wave의 구현에 상당한 어려움을 겪어왔다. 이러한 이차원 Boussinesq 모형과 삼차원 수리모형 실험에서의 상충된 결과는 이차원 Boussinesq 계열 파랑 모형 유도과정에서 수행되는 파랑의 비선형성과 분산성이 균형을 이룬다는 가정과 이로 인해 다소 과소하게 평가된 분산성에 기인하는 것으로 판단된다. 이러한 인식에 기초하여 본고에서는 삼차원 수치수조에서 비교적 안정적인 LDN 파형의 조파가 가능한 수정 조파기법과 Navier Stoke 파랑모형에 기초하여 Hybrid Breaker의 지진해일에 의한 처오름 저감효과를 수치 해석하였다. 파랑모형의 검증은 불규칙 파랑을 대상으로 기 수행된 수리모형 실험결과를 토대로 진행되었으며, 그 결과 비교적 근접한 처오름 높이를 얻을 수 있었다. 세 개의 유수실과 전면 경사면으로 구성된 Hybrid Breaker의 경우 일반 경사제에 비해 H = 5m의 경우 약 13%, H = 6 m의 경우 10%정도의 처오름 저감 효과를 지니는 것으로 모의되었다.
본 연구에서는 s-소단 경사식 방파제에서의 처오름 특성을 검토하기 위하여 수리모형실험을 수행하였다. 소단의 높이와 폭을 변화시켜가며 파형경사 및 쇄파계수의 변화에 따른 처오름높이 계측결과를 분석하였다. 그 결과 소단의 폭과 높이가 증가될수록 처오름높이는 감소함을 알 수 있었으며, 파형경사와 쇄파계수의 변화에 따른 처오름높이의 변화는 크지 않음을 알 수 있었다.
This study presents the wave run-up height and depression depth around offshore cylindrical structures according to the wave period. The present study employs the volume of fluid method with the realizable turbulence model based on a commercial computational fluid dynamics software called the "STAR-CCM+" to simulate a 3D incompressible viscous two-phase turbulent flow. The present results for the wave run-up height and depression depth with regard to the wave period are compared with those of the relevant previous experimental and numerical studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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