중복파압(重複波壓)에 의한 수로(水路)의 투수성(透水性)

전인식,Chun, In Sik 대한토목학회 1994 대한토목학회논문집 Vol.14 No.6

직립벽(直立壁) 전면(前面)에 중복파(重複波)가 작용할 때 직립벽에 설치된 수로(水路)에 발생하는 비정상류(非定常流) 흐름을 Fourier 전개기법의 비선형(非線形) 중복파 이론을 적용하여 해석하였으며 그 결과를 수리실험(水理實驗)을 통하여 검증하였다. 전반적으로 비선형이론은 선형이론(線形理論)과 비교하여 수로(水路)내의 유량변화를 더 잘 예측함을 확인하였다. 투수성(透水性)의 분석결과 수로내 유량변화의 폭은 파고(波高), 주기(週期)가 클수록, 수로연장(水路延長)이 짧을수록 커짐을 확인하였으며 이들간의 상관관계를 명확히 파악하기 위한 무차원(無次元) 관계식을 제시하였다. 수로의 해수교환기능(海水交換機能)과 직접 관련이 있는 일주기당(一週期當) 평균수량(平均水量)은 수로가 수면하(水面下) 바닥 근처에서는 음방향(陰方向)의 값이 나타날 수 있음을 이론과 실험을 통하여 확인하였고, 최대(最大) 수량(水量)은 입구(入口)가 정수면(靜水面)에 위치하는 수로에서 발생함을 보였다. 아울러, 중복파의 주기가 길수록 그리고 수로의 연장이 짧을수록 해수교환 효과면에서 유리함을 확인하였다. For a vertical wall with standing waves on its front face, the unsteady flow in a flow conduit installed through the wall is analyzed. A nonlinear standing wave theory making use of Fourier expansion is applied, and the results are verified by a hydraulic experiment. It is found that the nonlinear theory better predicts the behavior of the flow compared to its linear counterpart. The investigation of the water transmissibility through the conduit shows that the variation of the flow rate becomes larger as the standing wave height and period increase and as the length of conduit decreases. The relationship is presented by a nondimensional equation. The net flow gain per one wave period, which is directly related to water exchanging capability of the conduit, appears to be negative in both theory and experiment when the conduit is located near the bottom. The maximal flow gain occurs in the conduit whose mouth is located at the still water level. In addition, it is shown that the longer wave period and the shorter conduit length are more effective in the water exchanging performance.

Boussinesq 파랑전파모델에서 스펀지층을 이용한 반사경계의 모의

전인식(Chun, In-Sik) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.5

비선형 Boussinesq 파랑전파 모델에서 방파제, 호안 등의 반사 경계면에 스펀지층을 설치하여 반사율을 모의하는 방법을 제안하였다. 스펀지층의 반사특성을 도출하기 위하여 상대 스펀지폭(스펀지층 폭/입사파장)을 변화시키는 일차원 수치실험을 수행하였다. 실험결과, 상대 스펀지폭을 조정함으로써 무반사에서 완전반사까지 반사율을 효과적으로 구현할 수 있음을 보였으며, 실험결과에 근거하여 반사율과 관련 무차원 변수들간의 다중회귀분석식을 제시하였다. 마지막으로, 본 스펀지층을 이차원 방파제에 적용하였으며, 스펀지층이 반사경계로서 평면 이차원 조건에서도 충분히 효과적으로 사용될 수 있음을 예시하였다. The present study proposed a method fer simulating reflective boundary conditions in Boussinesq wave propagation model by lining lateral boundaries like breakwaters and seawalls with artificial sponge layers. In order to find out the reflective characteristics of sponge layers, 1D numerical experiments were performed varying the relative sponge width (sponge width/wave length). The results showed that the reflection coefficient can be effectively realized from no reflection to full reflection simply by adjusting the relative sponge width. Based on the results, a multiple regression formula was proposed to delineate the relationship among the reflection coefficient and other dimensionless variables. Finally, the reflective sponge layer was applied to a semi-infinite breakwater, demonstrating that it can also be successfully employed in 2D applications.

소파판식 투과성 방파제의 통수특성에 대한 수치해석

전인식(Chun In Sik),송현철(Song Hyun Chul),박경수(Park Kyung Soo) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

Boussinesq 방정식을 이용한 수중 천퇴에서의 파랑변형 및 파랑류 계산

전인식(Chun In Sik),성상봉(Seong Sang Bong),김귀동(Kim Gui Dong),심재설(Sim Jae Seol) 대한토목학회 2005 대한토목학회 학술대회 Vol.2005 No.10

수중 천퇴에서의 쇄파거동 예측을 위한 Boussinesq 방정식 모델의 적용

전인식(Chun, In-Sik),김귀동(Kim, Gui-Dong),심재설(Sim, Jae-Seol) 한국해안해양공학회 2006 한국해안해양공학회 논문집 Vol.18 No.2

본 연구에서는 수중 천퇴부에서 쇄파가 발생할 시 주변 파랑과 파랑류의 평형계를 직접 해석할 수 있는 Boussinesq 방정식 모델을 수립하고 이 결과를 수리실험 결과와 비교하였다. 사용된 쇄파모델은 쇄파 감쇠항을 모멘텀 방정식에 포함시키는 일종의 와점성 계수 모델이며, 관련된 쇄파 매개변수의 적정 값들을 Vincent and Briggs (1989)의 규칙파 실험자료를 이용한 민감도 분석을 통하여 결정하였다. 구해진 적정 매개변수 값들을 가지고 수치해석을 수행하여 이 결과를 불규칙파 실험결과와 이어도 천연암초의 수리모형실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 천퇴부 하류 쪽에 파 진행방향으로 향하는 강한 쇄파유도류가 발생함에 따라 저파고대가 형성되며 전반적으로 계측파고의 분포와 유사함을 확인하였다. In the present study, a numerical model using Boussinesq equation is set up to predict the interacted equilibrium between waves and their induced currents in the occurrence of breaking waves over an underwater shoal, and the numerical results are compared with results of existing hydraulic experiments. A sensitivity analysis has been done to find out appropriate values of breaking wave parameters with the result (regular wave case) of Vincent and Briggs (1989)’ experiment. Then the numerical model is applied to the irregular wave cases of the experiment and the hydraulic model test of Ieodo which is a natural undersea shoal. The results show that a strong current forms in the wave direction at the downstream side of the shoals, causing the attenuation of wave heights there. The calculated wave heights generally show a similar pattern with the measured data.

연직 유공벽의 수두손실 결정을 위한 수치해석

전인식(Chun, In-Sik),이성엽(Lee, Seong-Yeop),박경수(Park, Kyung-Soo),안동근(An, Dong-Keun) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.3

흐름이 연직유공벽을 통과할 때 발생하는 수두손실을 수치해석과 수리실험을 통하여 고찰하였다. 수치 해석에 대해서는 유공벽 전 후의 검사체적에 연속방정식, 모멘텀 방정식, 그리고 에너지 방정식을 적용하였으며 주어진 하류 쪽 수심과 유속에 대하여 상류 쪽 수심 및 유공벽 수두손실을 계산할 수 있는 무차원 관계식을 유도 하였다. 수리실험은 단일유공판과 삼중유공판에 대하여 각각 수행하였다. 단일유공판에 대한 계산결과와 실험결과를 비교하여 유공부 오리피스에서 연직 선형 제트류의 수축계수가 개구율뿐만 아니라 하류 쪽 Froude 수에도 의존함을 밝혔으며, 실험결과에 근거하여 수두손실을 계산하기 위한 실험식을 제시하였다. 단일유공판의 실험식을 삼중유공판에 대하여 하류에서 상류 쪽으로 축차적으로 적용한 결과, 예측치와 실험결과가 대체적으로 잘 일치함을 확인하였다. A numerical analysis and hydraulic experiments were undertaken to investigate the head loss occurring when a flow passes through vertical perforated walls. The numerical analysis applied continuity, momentum and energy equations to the control volumes that were set near the perforated wall. Non-dimensional equations were then derived to calculate both upstream depth and head loss for the given values of downstream depth and velocity. The hydraulic experiments were performed with several single and triple perforated plates varying their opening ratios and intervals. The numerical results with the single plates were compared with the experimental results, and it was shown that the contraction coefficient of the vertical line jet formed after the perforated plates relies on downstream Froude number as well as opening ratio. Based on the experimental results, empirical formulas were formulated. Finally, the formulas were applied to the triple plates sequentially from downstream side to upstream side, and it was found that in general the predicted values nicely agreed with the experimental results.

수중 천퇴 인근에 설치된 해양구조물에 작용하는 유체력 결정에 대한 고찰

전인식(Chun, In-Sik),민인기(Min, In-Ki),심재설(Sim, Jae-Seol) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.2

파랑이 수중 천퇴부를 넘어 쇄파하는 경우 파고는 작게 형성되나 강한 이차적 흐름 (쇄파유도류)이 발생한다. 따라서, 임의의 해양구조물이 쇄파대에 위치할 경우에는 단순히 가시적인 파고에만 근거한 파력산정은 과소설계를 초래할 가능성이 있으며 구조물의 안정설계를 위해서는 쇄파유도류의 유속이 가미된 상태에서의 유체력을 정확히 산정하여 반영할 필요가 있다. 본 연구에서는 Boussinesq 방정식 모델을 이용하여 쇄파대내에서의 파고분포와 쇄파유도류를 계산하는 기법을 수립하였으며 과거에 수행하였던 이어도 해양과학기지의 수리모형실험 (1/120)의 모델영역에 적용하였다. 이 계산결과를 이용하여 모형구조물에 작용하는 유체력을 계산하고 수리모형실험 결과와 비교함으로써 쇄파유도류의 영향을 정량적으로 평가하였다. When waves propagating over an underwater shoal break at the top of the shoal, wave heights are drastically decreased in the downstream breaking zone, but a secondary current shooting downstream with strong velocity can be induced by the breaking waves themselves. In the case that an offshore structure is placed in the breaking zone, the estimation of wave farce purely based on the visible wave height may cause an under-design of the structure. Thus, for the safe design of the structure, the breaking wave induced current should be necessarily considered in the comprehensive estimation of design load. In the present study, Boussinesq equation model to calculate the wave height distribution and breaking wave induced current was set up and applied to the scheme of a hydraulic model test previously undertaken. Based on the results of the Boussinesq model, fluid forces acting on the model structure were calculated and compared with the experimental results. The importance of the breaking wave induced current was quantitatively assessed by comparing fluid forces with or without current.

Boussinesq 방정식 모델의 수치잡음 제거를 위한 저파수 통과 필터에 대한 고찰

전인식(Chun, In-Sik),심재설(Sim, Jae-Seol) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.5

Boussinesq 방정식에 의한 파랑전파의 계산과정 중 파랑의 비선형 상호작용 및 쇄파발생에 의하여 수치잡음이 흔히 발생하며 이 잡음을 적절히 제어하지 않을 경우 해가 급속히 발산하게 된다. 본 연구에서는 계산 중간과정에 주기적으로 적용하여 수치잡음을 제거하기 위한 세가지 형태의 저파수통과 필터(FFT 필터, 가우스 필터, 그리고 Shapiro 필터)의 특성에 대하여 고찰하였다. 경사면 파동장에 대한 기존의 수리실험 결과와 본 수치해석 결과를 비교하고 각 필터의 잡음 제거효과, 주 시그널의 보존성, 그리고 계산 소요시간에 대하여 검토하였다. 그 결과, Shapiro 필터의 매개변수(필터 요소수와 통과수, 그리고 필터적용주기)를 적절히 설정함으로써 계산의 정확성과 효율성을 잘 달성할 수 있는 것으로 나타났다. 적정한 매개변수 선정을 위해서는 다소의 시행착오적 계산이 요구되나 대체적으로 필터 요소수 4에 대하여 50이내의 필터 통과수와 100~200 시간스텝 정도의 적용주기가 타당한 것으로 판단된다. In the calculation of wave propagation by Boussinesq equation model, it is very common to experience numerical noises generated from nonlinear interaction and breaking wave occurrence, and the numerical solution is rapidly diverged unless the noises are properly controlled. A comparative study was here undertaken for the characteristics of three different lowpass filters (FFT filter, Gaussian filter and Shapiro filter) which are all designed to be applied to the interim results of numerical calculation. The numerical results obtained with application of respective filter techniques were compared with the results of an existing hydraulic experiment for the aspects of noise suppression, conservation of main signal and altering time. The results show that the Shapiro filter can be best applied with optimal choices of its element number, pass number and filtering tune interval. The combination of the number of filter element off, pass number of 50 or less, and application interval of 100 to 200 time steps generally showed good performance in both accuracy and efficiency of the numerical calculation.

新 소피블록 OTP의 越波 특성에 대한 실험적 고찰

전인식(Chun In Sik),홍군희(Hong Gun Hee),박현주(Park Hyun Joo) 대한토목학회 2000 대한토목학회논문집 B Vol.20 No.2B

진동수로 내장 해수교환방파제의 수로길이 변화에 따른 수위공진

이달수,오영민,전인식,김창일,Lee, Dal-Soo,Oh, Young-Min,Chun, In-Sik,Kim, Chang-Il 한국해양과학기술원 2003 Ocean and Polar Research Vol.25 No.suppl3

The seawater exchange breakwater equipped with an oscillating water channel and water transmitting pipes has a very spectacular function that seawater supply can be greatly increased due to the upsurge of the water surface inside the channel at resonance condition which can be reached when the incident wave period becomes close to the natural period of the channel. The variations of the water level and period inside the channel are very important factors in enhancing the efficiency of sea water exchange, especially when designing the breakwater cross-section in shallow water zone which requires longer resonance period with the elongated horizontal projection of the channel. In the present study, a hydraulic experiment was performed varying the length of the oscillating channel, and the resonance periods and water surface variations are analyzed in terms of water transmission through the pipes.