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공극매체에서의 파동장에 대한 Boussinesq 방정식의 유도 및 적용
전인식,민용침,임학수,Chun, Insik,Min, Yongchim,Lim, Hak-Soo 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.5
공극매체에서의 파동장을 해석할 목적으로 공극매체 흐름에 대한 Reynolds 이송정리를 적용하여 공극매체에서의 Navier-Stokes 방정식을 유도하였으며 기존의 연구들과 비교하였다. 또한, 이 N-S 방정식을 이용하여 공극매체 내외에서 파동장의 비선형성과 분산성을 적절히 재현하기 위한 확장형 Boussinesq 방정식을 유도하였다. 이들 방정식의 정확도를 검증하기 위하여 공극방파제의 반사율과 투과율에 대한 수치해석을 수행하여 그 결과를 기존의 수리실험결과들과 비교하였다. 수치해석결과는 토립자의 가상질량계수에 민감하게 반응하였으며 계수를 영으로 처리했을 때 수리실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났다. In the present study, the Navier-Stokes (N-S) equations delineating water flows inside porous media were derived applying Reynolds transport theorem in order to provide a basis for analyzing water wave problems inside the porous media. Then, the derived N-S equations were compared with the same species of equations in existing researches. Based on the N-S equations, a set of Boussinesq equations was then derived in such a form that the dispersiveness and nonlinearity of water waves inside the porous media can be properly reproduced. Finally, numerical analyses were carried out to demonstrate the validity of the equations. The reflection and transmission coefficients of porous breakwaters were calculated and compared with the results of existing hydraulic experiments. The numerical results showed a rather sensitive dependency on the virtual mass coefficient of grains constituting the porous media. The selection of the coefficient with zero turned out to give nice agreements with numerical and experimental results.
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.
전인식(Chun, Insik),오병철(Oh, Beongchul),허명규(Huh, Meonggyu) 한국연안방재학회 2015 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2015 No.-
지구기후변화가 해수면상승, 해일 및 고파랑, 연안 침식 등의 해양환경변화를 초래함으로써 항만기능이 현저히 저하되거나 항만시설의 안정성이 심각하게 훼손되는 일들이 빈번하게 발생할 수 있다. 전 세계적으로 많은 연구들에서 보고하는 평균적인 해양환경변화의 예측치만을 보더라도 일반적인 항만시설의 설계재현주기 (50-100년) 내에서 시설들의 성능과 안정성에 충분히 영향을 미칠 수 있는 수치들이 제시되고 있다. 더욱이, 평균적인 성향변화와 더불어 변화의 편차 역시 증가하여 극단적인 기후현상이 빈번하게 출현함으로써 대형 연안역 피해가 발생할 수 있다. 그러나, 당장 가까운 현실에 치중하는 사회정서 그리고 미래의 불확실성 에 기대어 미래에 충분히 예견되는 피해조차 미연에 방지하기 위한 노력을 사회적으로 결집시키기가 매우 힘들다. 따라서, 미래의 해양재해 대응을 위한 보다 체계적이 고조직적인 준비가 필요할 것이다. 본 연구에서는 한국연안방재 학회 내 여러 학문의 융합적 공조를 통하여 미래의 항만재해에 대한 효율적인 대응 방안을 모색하고자 하였다.
전인식(Chun, Insik),김선신(Kim, Sunsin),민용침(Min, Yongchim) 한국연안방재학회 2017 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2017 No.-
해양구조물의 층하고 결정은 시공 후 구조물의 deck 안정성 확보를 위하여 매우 신중하게 결정해야 하는 요소이다. 석유 및 가스 채취를 위한 해양구조물은 주로 심해에 설치되며 설계파랑에 비선형 규칙파 파동이론을 적용하여 층하고를 결정하는 것이 일반적이다. 그러나, 최근 해양과학기지, 선박 및 항공기 유도 등대 등은 시공의 경제성을 달성하기 위하여 구조물을 천해역 또는 수심이 비교적 작은 수중 언덕 위에 설치하는 경우가 자주 발생하고 있다. 천해역 경사면에서는 파랑의 전파과정 중 비선형 변형이 발생하며 실제 발생파고 및 수심이 일반적인 쇄파한계를 벗어나는 경우가 충분히 발생할 수 있다. 따라서, 심해역 해양구조물에 대한 기존의 층하고 결정방법을 그대로 적용할 수 없게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 경우를 극복하기 위하여 비선형 파랑 전파모델을 이용하여 천해역에서의 층하고를 직접 결정하는 방법을 제안하였다.
전인식(Chun, Insik),우찬조(Woo, Chanjo),심재설(Shim, Jaesul) 한국연안방재학회 2016 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2016 No.-
자켓구조물 설계에서 중요하게 고려되는 요소는 구조물 위치에서의 설계파고와 그리고 데크-수면 거리 인형하고 (air gap)이다. 본 연구에서는 구조물이 천해 쇄파역에 위치할 경우에 대하여 설계파고와 형하고의 결정 방법을 제시하였다.