파랑집중에 의한 다방향 극한파 생성의 효율성에 관한 실험적 연구

홍기용(KEY-YONG HONG),류슈쉐(SHU-XUE LIU),양찬규(CHAN-KYU YANG) 한국해양공학회 2002 韓國海洋工學會誌 Vol.16 No.5

Extreme waves are generated in a model basin based on directional wave focusing. The targeted wave field is described by double summation method and it is applied to serpent-type wavemaker system. The extreme crest amplitude at a designed location is obtained by syncronizing the phases and focusing the directions of wave components. Two distinguished spectrums of constant wave amplitude and constant wave steepness are adapted to describe the frequency distribution of component waves. The surface profile of generated wave packets is measured by wave guage array and the effects of dominant spectral parameters governing extreme wave characteristics are investigated. It is found that frequency bandwidth, center frequency, shape of frequency spectrum and directional range play a significant role in the wave focusing. In particular, the directional effect significantly enhances the wave focusing efficinecy.

진동수주형 파력발전장치 공기챔버의 파력에너지 흡수효율

홍기용(Hong, Key-Yong),신승호(Shin, Seung-Ho),홍도천(Hong, Do-Chun) 한국신재생에너지학회 2007 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.06

Oscillating wave amplitude in a bottom-mounted owe chamber designed for wave energy converter is investigated by applying characteristic wave conditions in Korean coastal water. The effects of shape parameters of OWC chamber in a view of wave energy absorbing capability are analyzed. Both experimental and numerical approaches are adopted and their results are compared to optimize the shape parameters which can result in a maximum power production under given wave distribution. The experiment was carried out in a wave flume under 2-D assumption of OWC chamber. In numerical scheme, the potential problem inside the chamber is solved by use of the Green integral equation associated with the Rankine Green function, while outer problem with the Kelvin Green function taking account of fluctuating air pressure in the chamber. Air duct diameter, chamber width, and submerged depths of front skirt and back wall of chamber changes the magnitude and peak frequency of wave absorption significantly.

파력발전 적지 선정을 위한 제주 해역 파랑에너지 분포특성 연구

홍기용(KEY-YONG HONG),류황진(HWANG-JIN RYU),신승호(SEUNG-HO SHIN),홍석원(SEOK-WON HONG) 한국해양공학회 2004 韓國海洋工學會誌 Vol.18 No.6

Wave power distribution is investigated to determine the optimal sites for wave power generation at Jeju sea which has the highest wave energy density in the Korean coastal waters. The spatial and seasonal variation of wave power per unit length is calculated in the Jeju sea area based on the monthly mean wave data from 1979 to 2002 which is produced by the SWAN wave model simulation in prior research. The selected favorable locations for wave power generation are compared in terms of magnitude of wave energy density and distribution characteristics of wave parameters. The results suggest that Chagui-Do is the most optimal site for wave power generation in the Jeju sea. The seasonal distribution of wave energy density reveals that the highest wave energy density occurs in the northwest sea in the winter and it is dominated by wind waves, while the second highest one happens at south sea in the summer and it is dominated by a swell sea. The annual average of wave energy density shows that it gradually increases from east to west of the Jeju sea. At Chagui-Do, the energy density of the sea swell sea is relatively uniform while the energy density of the wind waves is variable and strong in the winter.

다방향 쇄파 발생 전후의 파랑 성분간 에너지 전이 및 소산

홍기용(KEY-YONG HONG),에스똘히오 메자(EUSTORGIO MEZA) 한국해양공학회 2003 韓國海洋工學會誌 Vol.17 No.6

Wave energy dissipation and energy transfer between wave components, during the directional wave breakings, are investigated. Directional incipient and plunging breakers were generated by focusing the multi-frequency and multi-directional wave components at a designed location, based on a constant wave amplitude and a constant wave steepness frequency spectrum. The time series of surface wave elevation was measured at 9 different locations around the wave focusing point, using a wave gauge array. In order to examine the variation of the directional spreading function, the horizontal velocity of fluid motion was also measured. By comparing energy spectrums, before and after the breaking the characteristics of energy dissipation and energy transfer, caused by wave breaking are investigated. Their dependencies on directionality, as well as frequency, are analyzed. The breakings significantly dissipate wave energy, through energy transfer, in the upper region of the peak-frequency band, while enhancing wave energy in the low-frequency band.

스펙트랄요소법(SEM)을 이용한 파랑-조류 상호작용 현상 수치해석 연구

성홍근(Hong Gun Sung),홍기용(Key Yong Hong),경조현(Jo Hyun Kyung),홍사영(Sa Young Hong) 한국항해항만학회 2006 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.3 No.1

본 논문에서는 Freak Wave의 생성원인에 대하여 간략히 논의하였으며, 이 중 파랑-조류 비선형 상호작용에 대한 이론 및 수치적 해석기법의 역사와 장단점 등을 기술한다. 본 연구에서는 파랑-조류 상호작용에 대한 수치모델링 및 해석 기법을 개발하고 있다. 개발 중인 수치해석 기법은 공간적으로 불균일한 조류와 파랑의 비선형 상호작용을 해석하기 위하여 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 유동현상을 모델링하였으며, 이산화를 위하여 스펙트랄요소법(Spectral Element Method; SEM)을 이용하였다. 또한 자유표면의 운동을 효과적으로 기술하기 위하여 ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)기법을 사용하였다. 본 연구의 유동 모델과 수치해석기법의 과정과 특성, 그리고 장점 등에 대하여 논의하였으며, 초기적인 수치해석 결과를 제시하였다. 이를 바탕으로 개발된 수치해석기법의 정확성 및 수렴성을 확인할 수 있다. In this paper, generation mechanisms of ocean freak waves are briefly introduced in the context of wave-current interaction phenomena. The present model of the fluid motion is based on the Navier-Stokes equations incorporating velocity-pressure formulation because of need to model the nonlinear wave interaction with spatially non-uniform current field. In order to deal with the free surface motion, an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) description is adopted. As on accurate and efficient numerical tool, the spectral element method is presented with general features and specific treatment for the wave-current interaction problem. As an intermediate stage of development, solution procedure and characteristic aspects of the present modeling and numerical method are addressed in detail, and preliminary numerical results prove its accuracy and convergence.

Freak Wave 특성 파악을 위한 파랑관측 자료의 분석

신승호,홍기용,문재승,Shin, Seung-Ho,Hong, Key-Yong,Moon, Jae-Seung 한국항해항만학회 2007 한국항해항만학회지 Vol.31 No.6

This study is carried out the investigation of nonlinear characteristics of the field wave observation data acquired in the western sea area in Jeju island during one year. It is aimed to offer the fundamental data for Freak wave forecasting in real sea. For this, the nonlinear parameters of ocean waves, which are Skewness, Atiltness, Kurtosis and Spectrum band width parameter et al., are introduced, and the parameters are compared and discussed with some characteristics wave components, ie, significant wave height, maximum wave height, and so on. As a results, we know that the parameters describe nonlinear characteristics of observed wave spectrum broadly, are feebly related with occurrence of abnormal maximum wave height, namely freak event, however the Kurtosis, $K_t$ which is a degree of peakness of mode of surface elevation distribution, has better relationship than others. 본 연구는 제주도 서측 해역의 현지 파랑관측 자료를 기초로 해양파의 비선형 특성을 조사한 것으로서, 실제 해역에서 Freak wave 예보의 토대를 마련하기 위한 기초 연구이다. 관측된 파랑자료의 비선형 특성을 조사하기 위해 파형의 상하 비대칭성, 전후 비대칭성, 빈도 분포의 첨예도, 파랑 스펙트럼의 대역폭 파라미터 등을 추출하고 이들 자료를 유의파고 최대파고 등의 파랑 특성치들과의 상관관계를 분석하였다. 그 결과, 제시된 파랑의 비선형 파라미터들은 계측된 파랑 스펙트럼의 전반적인 비선형적 특징을 묘사하긴 하지만, 돌발적 고파랑이라고 할 수 있는 $H_{max}$와의 상관은 미약하여 Freak wave 의 발생을 단적으로 예측하기에는 부족한 것으로 나타났으나, 스펙트럼의 첨예도를 나타내는 $K_t$의 경우는 타 비선형 파라미터에 비해 다소 개선된 상관을 보여주고 있음을 알 수 있었다.

파랑-조류 상호작용에 의한 Freak Wave 발생기전 수치해석 기초연구

성홍근(Hong Gun Sung),홍기용(Key Yong Hong),홍사영(Sa Young Hong) 한국유체기계학회 2006 유체기계 연구개발 발표회 논문집 Vol.- No.-

In this paper, generation mechanisms of ocean freak waves are briefly introduced in the context of wave-current interaction phenomena. As an accurate and efficient numerical tool, the spectral method is presented with general features and specific treatment for the wave-current interaction problem. Accuracy and convergence of the developed spectral method is proved to be very promising. Due to the preliminary numerical results for a linear wave-maker problem, the numerical stability of the present method is reliable. It is therefore believed that the present numerical method seems to be very promising for the understanding and analysis of the freak wave generation mechanism due to wave-current interaction.

부유식 진자형 파력발전 구조물의 파랑 중 운동에 관한 실험적 연구

박지용(Ji-Yong Park),신승호(Seung-Ho Shin),천호정(Ho-jung Cheon),남보우(Bo-Woo Nam),홍기용(Key-Yong Hong) 대한조선학회 2012 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2012 No.5

화석 연료의 고갈로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 날로 증가함에 따라 이용가능 에너지량이 풍부하고 예측가능성이 높은 파력에너지에 관한 연구가 활성화 되고 있다. 진자형 파력발전 장치는 부유식 구조물의 수실 내로 진행파를 유도하여 수실 내 벽면에서 반사된 파에 의해 정상파를 형성하며, 이 정상파의 마디 부위에 진자판을 설치하여 왕복운동을 통해 발전하는 장치이다. 본 연구에서는 이러한 부유식 진자형 파력발전 축소구조물의 이차원 수조시험을 수행하고 진자판과 구조물의 운동을 분석하여 기본성능을 평가한다. 또한 파력발전 장치의 에너지변환 효율을 알아보기 위하여 진자축에 모터와 토크센서로 이루어진 부하시스템을 설치하여 추출 가능한 에너지를 계측 하였다. 규칙파의 주기를 변화시키며 운동과 발전량을 분석하고 진자판의 크기와 무게를 변화에 따른 영향을 확인하였으며 불규칙파의 입사를 통해 발전 성능을 검토하였다. 이러한 연구를 통해 진자형 파력발전 장치의 최적설계와 에너지효율 향상의 기본자료로 활용할 수 있다.

부유식 진자형 파력발전 구조물의 파랑 중 운동에 관한 실험적 연구

박지용(Ji-Yong Park),신승호(Seung-Ho Shin),천호정(Ho-jung Cheon),남보우(Bo-Woo Nam),홍기용(Key-Yong Hong) 한국해양환경·에너지학회 2012 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.5

화석 연료의 고갈로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 날로 증가함에 따라 이용가능 에너지량이 풍부하고 예측가능성이 높은 파력에너지에 관한 연구가 활성화 되고 있다. 진자형 파력발전 장치는 부유식 구조물의 수실 내로 진행파를 유도하여 수실 내 벽면에서 반사된 파에 의해 정상파를 형성하며, 이 정상과의 마디 부위에 진자판을 설치하여 왕복운동을 통해 발전하는 장치이다. 본 연구에서는 이러한 부유식 진자형 파력발전 축소구조물의 이차원 수조시험을 수행하고 진자판과 구조물의 운동을 분석하여 기본성능을 평가한다. 또한 파력발전 장치의 에너지변환 효율을 알아보기 위하여 진자축에 모터와 토크센서로 이루어진 부하시스템을 설치하여 추출 가능한 에너지를 계측 하였다. 규칙파의 주기를 변화시키며 운동과 발전량을 분석하고 진자판의 크기와 무게를 변화에 따른 영향을 확인하였으며 불규칙파의 입사를 통해 발전 성능을 검토하였다. 이러한 연구를 통해 진 자형 파력발전 장치의 최적설계와 에너지효율 향상의 기본자료로 활용할 수 있다.

제3세대 파랑추산모형을 이용한 태풍 ‘매미’의 극한파랑 재현 (Ⅱ)

신승호(Seung-Ho Shin),홍기용(Key-Yong Hong) 한국항해항만학회 2004 한국항해항만학회지 Vol.28 No.8

Following a preceding study of Shin et al.(2004), wave fields for a month of September of 2003 are simulated based on the modified WAM cycle 4 model that enables the precise wave hindcasting with fine spatial meshes, and characteristics of extreme waves at the south coast of Korea are analyzed. The accuracy of applied wave model is verified by comparing computed wave parameters and corresponding ones measured at Ieodo ocean research station. The wave hindcasting of typhoon ‘Maemi’ with an hour time interval reveals the extreme wave characteristics at 4 primary locations of south coast of Korea as follows: 1) At front sea of Chaguido in the south of Jeju-do, the maximum significant wave height, mean wave period and mean wave direction appear to be 7.41m, 13.65s and 6.4°, respectively at 16:00 KST of Sep. 12, 2003. 2) At the entrance of Masan Bay, 12.50m, 13.65s and 1.2° at 21:00 KST of Sep. 12. 3) At the front sea of Suyoung Bay, 13.85m, 13.81s and 0.2° at 22:00 KST of Sep. 4) At the front sea of Ulsan port, 11.00m, 13.25s and 2.8° at 23:00 KST of Sep. 12. 본 연구는 신 등(2004)의 후속연구로서, 연근해의 상세 공간 분할의 계산에 적용하여 높은 정밀도의 파랑 추산이 가능한 수정 WAM cycle 4 모형을 토대로 2003년 9월 한 달 동안의 파랑을 상세히 추산하고, 태풍 ‘매미’가 야기한 우리나라 남해안 일대의 극한파랑 특성을 분석한 것이다. 계산된 파랑 제원은 이어도 해양종합기지에서 관측된 파랑 제원과의 비교를 통하여 모형의 정밀도를 확인하였고, 우리나라 남해안 주요 4개 지점의 전면 해상에 대해서는 1시간 간격의 파랑 추산 결과의 분석을 통해 태풍 ‘매미’가 야기한 외해 극한파랑을 다음과 같이 추산하였다. 1) 제주도 서편 차귀도 전면 해상 ; 2003년 9윌 12일 16시에 최대 유의파고 7.41m, 평균 주기 13.6s, 평균 파향 6.4°, 2) 마산만 입구 ; 12일 21시에 최대 유의파고 12.50m, 평균 주기 13.65s, 평균 파향 1.2°, 3) 부산 수영만 전면 해상 ; 12일 22시에 최대 유의파고 13.85m, 평균 주기 13.81s, 평균 파향 0.2°, 4) 울산항 전면 해상 ; 12일 23시에 최대 유의파고 11.00m, 평균 주기 13.25s, 평균 파향 2.8°.