FLOW-3D를 사용한 항주파 전파 수치실험 = Numerical Simulation of Ship Waves Using FLOW-3D

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서 FLOW-3D를 사용하여 항주파의 전파를 수치적으로 모의하는 연구를 수행하였다. 수치실험은 항주파 전파특성에 큰 영향을 미치는 선박의 항행속도, 선박의 형상, 수심을 변화시키면서 항주파의 변화 양상을 확인하였고, 수치실험결과를 Kelvin(1887), Havelock(1908)의 파향각 이론치, Sorensen(1984)의 항주파고산정경험식, Johnson(1958), Nwogu(2007)의 수리 및 수치실험 결과와 비교하였다. FLOW-3D의 항주파 모의 결과 파향각(cusp locus angle)과 이격거리의 변화에 따른 항주파고의 변화 양상, 굴절 및 천수변형에 의한 파향과 파고의 변화 등이 이전의 연구 결과와 일치함을 확인할 수 있었다. 본 연구에서는 일정수심의 항주파 전파를 확장시켜 변수심을 전파하는 항주파에 대해 모의하였다. 모의 결과 변수심 지형을 전파하는 항주파는 바닥의 영향을 받아 파향 및 파고가 변화하였고, 천수와 굴절 이론으로 예측할 수 있었다. 더 나아가 심해에서 적용되는 Kelvin의 crestline 이론식을 중간수심까지 적용 가능한 이론식으로 확장하였고 수치실험으로 이를 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We studied the propagation of ship-generated waves using the 3-dimensional flow model FLOW-3D. We conducted numerical experiments to analyze the variation of ship waves by varying ship speeds, ship shapes, or water depths. The numerical results were found to be close to the cusp locus angles of Kelvin (1887) and Havelock (1908), semi-empirical wave heights of Sorensen (1984), hydraulic experimental data of Johnson (1985), and numerical results of Nwogu (2007). We also conducted numerical experiments to analyzed the variation of ship waves on varying water depths. The numerical results showed the refraction and shoaling of ship waves. The variation of maximum wave heights on varying water depths could be predicted using the refraction and shoaling coefficients of the component of the maximum wave height. Further, we extended Kelvin's cusp locus angles from deep waters to intermediate-depth waters. The predicted cusp locus angles were verified by numerical experiments.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1개요 = 1
• 1.2연구 목적 = 1
• 1.3연구 내용 및 방법 = 2
• 제2장 항주파의 이론적 배경 = 3
• 2.1항주파의 전파양상 = 3
• 2.2Kelvin Wake = 5
• 제3장 FLOW-3D 수치모형 = 11
• 3.1FLOW-3D 수치모형 개요 = 11
• 3.2FLOW-3D 모형의 기본 방정식 = 12
• 3.3FAVOR 와 VOF = 13
• 제4장일정수심에서의 수치모형 실험 = 15
• 4.1실험 개요 = 15
• 4.2항주파의 파향 검사 = 16
• 4.2.1시간에 따른 항주파의 변화양상 = 16
• 4.2.2최대파고 파향각 검사 = 19
• 4.3항주파고 검사 = 26
• 4.3.1항주파고 산정 경험식 검사 = 27
• 4.3.2항주파의 수리모형 실험결과 비교 = 33
• 제5장 변수심에서의 수치모형 실험 = 44
• 5.1경사지형을 항행하는 항주파 = 44
• 5.2항주파의 천수, 굴절 변형 = 48
• 제6장Kelvin Wake 확장식 개발 = 58
• 6.1중간수심을 전파하는 항주파의 분산관계식 = 58
• 6.1.1고정점 반복법에 의한 분산관계식의 해 = 59
• 6.2중간수심을 전파하는 항주파의 crestline 이론식 개발 = 62
• 6.3crestline 이론식의 수치모형 실험 = 66
• 6.3.1source point의 입사각과 항주파고 산정식 개발 = 69
• 6.4 확장된 crestline 이론식과 Flow-3D 수치해 비교 = 71
• 6.4.1실험방법 = 71
• 6.4.2실험결과 = 72
• 제7장 결론 = 79
• 참고문헌 = 81
• 영문초록(ABSTRACT) = 83