해양환경공학의 다목적 시뮬레이션을 위한 수치파랑수조 기술

Abstract

A virtual reality technology for multipurpose numerical simulation is developed to reproduce and investigate a variety of ocean environmental problems in a 3D Numerical Wave Tank (NWT). The governing equations for solving incompressible fluid motion are Navier-Stokes equation and continuity equation. The Marker-Density function technique is adopted to implement the fully nonlinear freesurface kinematic condition. The marine environmental situations, i.e., waves, currents, etc., are reproduced by use of multi-segmented wavemakers on the basis of the so-called "snake-principle."In this paper, some numerical reproduction techniques for regular, and irregular waves, multi-directional waves, Bull's-eye wave, wave-current, and solitary wave are presented, and a model test in motion with large amplitude of roll angle is conducted in the developed 3D-NWT, using a overlaid grid system.1. 서 론최근, 물리수조(Experimental wave tank, EWT)에 있어서의 설치비용, 실험공간, 계측방법, 실험의 다양성 등의 제한에서 오는 한계를 극복하기 위하여, 시뮬레이션 공학에 기초하고 가상공간의 컴퓨터를 이용한 수치파랑수조(Numerical wave tank, NWT)의 개발이 현저하다.EWT나 NWT내에서 모형시험이나 연안류의 유동에 관한 실험 등을 수행할 경우, 실해역의 파랑환경을 정확히 모사해야 할 필요가 있다. 이를 위해서는 파랑이나 바람, 혹은 조류 등의 복잡한 환경재현이 필요하게 된다.본 연구에서는, 해양환경공학의 다목적 수치 시뮬레이션을 위한 수치파랑환경의 재현기술과, 다중격자계를 사용한 모형선의 대진폭 운동시험의 기술을 개발한다. 수치파랑환경의 재현 시뮬레이션으로써는 규칙파 및 불규칙파와 실해역 해양파, 삼각파, 파랑-조류, 고립파를 수치적으로 재현하며, 시뮬레이션된 결과를 EWT의 값들과 비교하여 본 연구에서 개발한 기술들의 타당성을 확인한다. 모형선의 대진폭 운동시험 기술로써는 외부수조격자계와 내부물체격자계를 중첩시켜 내부격자계의 운동에 의해 물체의 운동을 표현하는 다중격자계의 기술을 개발하고, 일정속도로 전진하며 20o의 대진폭 횡운동을 하는 Series60 (=0.6) 모형선에 응용한 예를 보인다.