항만내 파랑응답과 계류선박의 운동해석

조일형,홍길표,최항순 한국해안해양공학회 1991 학술강연회 발표논문초록집 Vol.1 No.1

Wave Deformation by Submerged Flexible Circular Disk

조일형,김무현 한국해안해양공학회 2000 한국해안해양공학회 논문집 Vol.12 No.3

자유수면 아래 일정한 초기장력이 작용한 원형 박막이 수평으로 놓여있을 때 3차원 선형 유탄성 이론을 적용하여 파와 구조물의 상호작용문제를 고찰하였다. 속도포텐셜을 회절포텐셜과 방사포텐셜로 분리하여 각각의 경계치 문제를 푼다. 유체영열을 3개의 영역으로 나누어 각 영역에서 회절포텐셜과 방사포텐셜을 Bessel 함수의 전개식으로 표현하고 부족한 경계조건으로 생기는 미지수는 인접한 영역이 만나는 정합면에서 속도와 압력이 같다는 정합조건식을 적용하여 구해진다. 원형막의 크기와 잠긴 깊이 그리고 추기장력이 변함에 따라 원형 유연막 주위의 파의 형태가 달라짐을 볼 수 있었다. 즉, 적절히 설계된 몰수형 원형 유연막은 파 에너지를 집중시키는데 활용될 수 있다. The interaction of incident monochromatic waves with a tensioned, flexible, circular membrane submerged horizontally below free surface is investigated in the frame of three-dimensional linear hydro-elastic theory. The velocity potential is split into two parts i.e. the diffraction potential representing the scattering of incident waves by a rigid circular disk and the radiation potential describing motion induced waves by elastic responses of flexible membrane. The fluid domain is divided into three regions, and the diffraction and radiation potentials in each region are expressed by the Fourier Bessel series. The displacement of circular membrane is expanded with a set of natural functions, which satisfy the membrane equation of motion and boundary conditions. The unknown coefficients in each region are determined by applying the continuity of pressure and normal velocity at the matching boundaries. The results show that various types of wave focusing are possible by controlling the size, submergence depth, and tension of membrane.

방파제 주위에서의 비선형 회절 현상에 대한 고색

조일형,김장환 한국해안해양공학회 1993 한국해안해양공학회 논문집 Vol.5 No.4

본 연구에서는 천수역 비선형 방정식인 Boussinesq 방정식을 방파제에 의한 산란문제에 적용하였다. 방파제에 의한 파랑변형을 수치계산하기 위하여 경계치문제는 유한요소법을 사용하였고 시간에 따른 진행은 Runge-Kutta 방법을 사용하였다. 수치모델로 2차원 수로에 입사파의 진행방향과 수직으로 방파제가 놓여있는 경우를 생각하였으며 방파제의 길이와 두께변화에 따른 파랑변형에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 후류 경계면이 막혀있는 경우와 열려있는 경우를 고려하였으며 선형결과와 비선형결과의 차이를 살펴보았다. We carry out a numerical calculation to understand the nonlinear wave deformation around breakwaters using the Boussinesq equation, which is weakly nonlinear and weakly dispersive shallow water equation. A numerical method based on a finite element scheme and fourth order Runge-Kutta algorithm is employed to investigate the diffraction of incident waves by the breakwater. As a computational model, two-dimensional wave flume is treated. The breakwaters is perpendicular to the side wall of a channel. From the numerical results, the wave deformations according to the change of the length and the thickness of breakwaters are investigated. We also investigate the effect of the nonlinearity by comparing the results with the linear solutions.

직립벽 앞에 놓인 일정깊이 잠긴 슬릿판에 의한 반사율 해석

조일형 한국해안해양공학회 2003 한국해안해양공학회 논문집 Vol.15 No.3

고유함수전개법을 사용하여 수직벽 앞에 일정깊이 잠긴 슬릿판과 규칙파의 상호작용문제를 살펴보았다. 슬릿판에 의한 반사율에 영향을 미치는 주요 설계변수들은 공극율, 잠긴깊이, 챔버길이, 입사각도, 입사파의 주파수임을 확인하였다 슬릿판의 공극율이 0.1일 때 반사율이 전주파수에 걸쳐서 최소가 됨을 밝혔다. 반사율에 대한 해석결과와 Zhu(2001) 모형실험결과를 챔버길이와 잠긴깊이 그리고 입사파의 주기를 변화시키면서 비교한 결과, 두 결과는 서로 잘 일치하였다. 본 해석방법은 슬릿판 후면에서 발생한 박리에 의한 에너지 손실을 정확히 고려할 수 있으므로 슬릿 케이슨 방파제 제작에 필요한 설계정보를 제공할 것이다. Based on the eigenfunction expansion method, the interaction between monochromatic waves and a partially immersed slotted plate with a back wall has been investigated. Analytical results show that the reflection coefficients by a partially immersed slotted plate depend on the porosity, immersed depth, chamber width, incidence angle and wave frequency. It is found that the reflection coefficient has minimum value within entire frequency range when the porosity has optimal value 0.1. Comparison between the analytical results and the experimental results(Zhu,2001) of reflection coefficients is made for various chamber widths, immersed depths and wave periods with good agreement. The present analytic method can account adequately for energy dissipation caused by flow separation behind a slotted plate and provide the design informations for the construction of slit caisson breakwater.

유연막 방파제에 의한 경사파의 산란

조일형,홍석원 한국해안해양공학회 1995 한국해안해양공학회 논문집 Vol.7 No.3

본 연구에서는 PVC나 PU와 같은 유연성이 있는 유연막 방파제와 임의의 입사각을 갖는 파의 상호작용문제를 다루었다. 유연막 방파제에 작용하는 파랑하증을 구하기 위하여 고유함수전개법(eigen-function expansion method)을 사용하였다. 이때 유연막의 변형이 유체장에 미치는 영향은 경계조건식으로부터 표현된다. 경계조건식에서 유연막의 변형은 막 방정식을 풀어 구한다. 계산 예로 유연막에 작용하는 장력과 계류삭의 강성계수 그리고 유연막의 높이를 변화시키면서 투과율과 반사율의 차이를 비교하였고, 입사각도의 변화에 따른 방파 효과의 차이를 살펴보았다. 결론적으로 유연막 구조물을 적절히 설계한다면 미래의 훌륭한 방파제로 활용이 가능하다고 여겨진다. The wave interaction with flexible membrane such as PVC and PU fabrics is studied to prove its applicability to portable breakwaters. To analyze the wave deformation due to the flexible membrane. eigen-function expansion method is employed. The fluid domain is seperated into two regions. The velocity potential in each regions and the deformation of membrane are coupled by the body boundary conditions. Herein the deformation of membrane is obtained by solving the membrane equation. As a numerical example, transmission and reflection coefficients according to the change of several design parameters such as tensile force. mooring line stiffness and membrane height are investigated. It is found that the efficiency of flexible membrane breakwater is significantly affected by these design parameters. The angle of incident wave is an important role to the performance of breakwater. Finally we conclude that flexible membrane can be used to engineering material for the future breakwaters.

수면 위에 고정된 수평막에 의한 파랑제어

조일형 한국해안해양공학회 2004 한국해안해양공학회 논문집 Vol.16 No.2

수면 위에 고정된 수평막에 의한 파랑제어성능을 선형포텐셜이론을 사용하여 해석하였다. 고유함수 전개법을 적용하기 위하여 유체영역을 수평막이 없는 영역과 있는 영역으로 나누고 두 영역이 만나는 경계면에서 각 영역의 해를 정합 시켜 완전한 해를 구하였다. 본 해석방법은 Cho and Kim(1998)과 같이 경계치문제를 회절과 방사문제로 나누어 풀지 않고 산란문제를 직접 풀어 동일한 해를 구하는 해석방법이다. 개발된 해석모델을 검증하기 위하여 2차원 조파수조(36m×0.91m×1.22m)에서 모형실험을 수행하였다. 해석결과와 모형실험결과는 정성적으로 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 수평막의 길이와 초기장력 그리고 입사파의 주파수를 바꿔가면서 반사율과 투과율을 살펴보았다. The performance of wave control by a surface-mounted horizontal membrane is analyzed in the frame of linear potential theory. To employ the eigenfunction expansion method, the fluid domain is divided into two regions i.e. region without membrane and membrane-covered region. By matching the each solutions at boundaries of adjacent regions, the complete solution is obtained. The present analytical method solving the scattering problem directly gives the same results as Cho and Kim(1998)'s method solving the diffraction and the radiation problem separately. To verify the developed model, the model test with a surface-mounted horizontal membrane is conducted at the wave tank(36m×0.91m×l.22m). The analytic results are in good agreement with the experimental results. The reflection and transmission coefficients are investigated according to the change of membrane tension, length and incident frequencies.

원통형 진동수주 파력발전장치에 의한 파 에너지 흡수

조일형 한국해안해양공학회 2002 한국해안해양공학회 논문집 Vol.14 No.1

본 논문에서는 밑이 뚫린 원통형 진동수주 파력발전장치에 의한 파 에너지 흡수효율을 살펴보았다. 경계치 문제는 공기실내의 변동압력이 없을 때 입사파에 의한 산란문제와 공기실 내부의 변동압력에 의한 방사문제로 나누어진다. 공기실 내에서 공기 흐름에 대한 연속방정식을 적용하여 변동압력을 구하였다. 이로부터 진동수주 파력발전장치가 흡수한 시간평균 마력과 에너지 취득 폭을 구하였다. 수치계산에서는 원통형 공기실의 반지름과 잠긴 깊이 그리고 입사파의 주파수를 바꿔가면서 공기실 내부의 유량 변화와 에너지 취득 폭을 살펴보았다. 수학적으로 구한 최적의 터빈 상수를 대입하며 구한 에너지 취득 폭의 최대값은 원통형 공기실의 공진 모드 중에서 첫 번째 공진 모드인 Helmholtz모드에서 나타난다. 따라서 효율적인 파력발전장치를 제작하기 위해서는 설치될 해역의 파의 주파수와 공기실의 고유주파수가 일치되도록 공기실의 형상을 설계하여야 한다. In this paper, wave energy absorption of OWC(oscillating water column) device is analyzed. The analytic model consists of a partially immersed circular vertical cylinder open at its end and an air turbine connected with the air chamber. The boundary value problem is decomposed into scattering problem related to scattering by an incident wave in the absence of a pressure variation and radiation problem describing the flow due to an oscillating pressure in the absence of an incident wave. By invoking the continuity of an air flow inside the chamber, the oscillating pressure in a chamber is derived. With oscillating pressure, the mean power absorbed by OWC device and the capture width are obtained. In numerical calculation, the induced volume flux across the internal free surface of the chamber in the scattering and radiation problem and the maximum capture width are compared with various design parameters such as radius and submergence depth of chamber and wave conditions. The maximum capture width obtained by choosing the optimal value of turbine constant occurs at the first resonant mode (Helmholtz mode) among the natural frequencies of a circular cylinder chamber.

자외선 집중 방사시스템에서 태양광/TiO₂ 를 이용한 TCE 제거에 관한 연구

조일형,김현용,조경덕 대한환경공학회 2001 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2001 No.12

헤름홀츠 공명장치를 이용한 해수교환형 방파제의 성능평가

조일형 한국해안해양공학회 2001 한국해안해양공학회 논문집 Vol.13 No.2

본 논문에서는 음향 증폭장치로 널리 사용되고 있는 헤름홀츠 공명장치의 원리를 해수교환 방파제에 적용한 문제를 다뤘다. 입사파의 주파수와 공명구조물의 고유주파수가 일치되면, 공진현상으로 입사파는 공명구조물 내에서 크게 증폭된다. 공진현상으로 크게 증폭된 위치에너지는 외해로부터 들어온 공명구조물내의 깨끗한 해수를 도수로를 통하여 항만내로 공급한다. 공급된 해수는 항내의 오염된 해수를 희석·순환시켜 항내 수질개선에 도움을 준다. 선형포텐셜 이론을 가지고 공명구조물내의 파도응답을 정합점근전개법을 사용하여 해석하였다. 해석모델로 수학적 표현이 가능한 반원형 공명구조물을 채택하였다. 공명구조물이 1개가 있는 경우와 여러개가 일정한 간격을 가지고 배열된 경우를 함께 살펴보았다. 해석해의 타당성을 검증하기 위하여 2차원 수조에서 모형실험을 수행하였다. 도수로가 열린 상태가 닫힌 상태에서 공명구조물내의 파고분포와 도수로에서의 유속을 측정하였다. In the present paper, Helmholtz resonator, which is widely used as a sound-amplification device, is applied to the development of seawater-exchanging breakwater. The incident waves can induce a large response in the resonator when incident wave frequency is close to one of natural modes of the resonator. Largely amplified potential energy due to the resonance supplies clean seawater into the harbor side throughout the channel. Flow supplied by the resonator circulates the seawater of harbor and helps to improve water quality. Within the framework of linear potential theory, matched asymptotic expansion method is employed to analyze the wave responses in a resonator. The semi-circular shape of the resonator has been chosen as an analytic model for mathematical simplicity. The wave responses of both single and arrays of Helmholtz resonator are investi¬gated. To validate an analytic solution, model test is conducted at 2-dimensional wave tanle Wave hcights in the resonator and velocity at the channel are measured for the state of valve-on and valve-off.

한국학호남진흥원 호남 누정원림 종합조사연구 성과와 과제

조일형 한국건축역사학회 2022 한국건축역사학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.11