Beach Cusp 생성기작으로 기능하는 Synchronous Edge Wave 수치해석
Numerical Analysis of Synchronous Edge Wave Known as the Driving Mechanism of Beach Cusp
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Beach cusp의 생성기작으로 기능하는 Synchronous Edge wave의 수리특성을 살펴보기 위한 3D 수치모의 를 OpenFOAM 기반 tool box인 IHFOAM을 활용하여 수행하였다. 파랑모형은 RANS[Reynolds Averaged NavierStokes equation]와 연속방정식으로 구성하였으며, Synchronous Edge wave 형성에 필요한 연안방향으로 파고가 변조 되는 short-crested waves는 동일한 주기와 파고를 지니는 두 개의 Cnoidal wave가 전면 해역에서 비스듬히 조우되 도록 조파하여 재현하였다. 모의결과 파랑 집중단면에서의 유속이 파랑 분산단면보다 전체적으로 크게 모의되었다. 또한 파랑 집중단면의 경우 해안방향 흐름[up-rush]이 먼 바다방향 흐름[back-wash]보다 세기는 우월하나 지속기간은 짧은 비선형 파동계의 일반적인 성정을 지니는 것으로 모의되었다. 이와 더불어 처오름 정점에서 양쪽의 분산단면으 로 흐름이 나뉘며 약해지는 back-wash로 인해 up-rush 최대유속은 back-wash 최대유속의 두 배 가까이 증가하는 것 으로 관측되었다. 이에 비해 파랑 분산단면의 경우 집수효과로 해안 인근 수역에서는 먼 바다방향 흐름이 해안방향 흐름보다 우월하게 모의되었다. 또한 천수 중간 수역에서는 해안방향 흐름이 여전히 우세하나 비대칭 정도는 현저하 게 감소하였다. 이러한 수리특성은 Synchronous Edge wave의 전형적인 성정으로 수치모의가 성공적으로 이루어진 것으로 판단된다. 이 과정에서 너울이 우월한 해양환경에서 해빈이 느리지만 점진적으로 복원되는 과정에서 주 기작 으로 기능하는 경계층 streaming에 대한 새로운 해석도 제시되었다.
Abstract
In this study, we carried out the 3D numerical simulation to investigate the hydraulic characteristics of Synchronous Edge wave known as the driving mechanism of beach cusp using the Tool Box called the ihFoam that has its roots on the OpenFoam. As a wave driver, RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and mass conservation equation are used. In doing so, we materialized short-crested waves known as the prerequisite for the formation of Synchronous Edge waves by generating two obliquely colliding Cnoidal waves. Numerical results show that as can be expected, flow velocity along the cross section where waves are focused are simulated to be much faster than the one along the cross section where waves are diverged. It is also shown that along the cross section where waves are focused, up-rush is moving much faster than its associated back-wash, but a duration period of up-rush is shortened, which complies the typical characteristics of nonlinear waves. On the other hand, due to the water-merging effect triggered by the redirected flow toward wave-diverging area at the pinacle of run-up, along the cross section where waves are diverged, offshore-ward velocity is larger than shore-ward velocity at the vicinity of shore-line, while at the very middle of shoaling process, the asymmetry of flow velocity leaned toward the shore is noticeably weakened. Considering that these flow characteristics can be found without exception in Synchronous Edge waves, the numerical simulation can be regarded to be successfully implemented. In doing so, new insight about how the boundary layer streaming occur are also developed.
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