저반사구조물을 이용한 파랑제어특성과 파력발전에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 그 형태에 따라 우수한 파랑제어능을 발휘하는 슬리트케이슨 중에 가장 기본형인 연직벽형 횡슬리트케이슨에 대하여 불투과성지반과 투과성지반을 고려한 경우에서의 반사율과 구조물에 작용하는 파압의 특성을 논의한다. 여기서, 해석의 편의상 0.4의 공극율을 갖는 투과성지반을 고려하여 2차원 및 3차원수치해석결과의 차이를 검토하고, 동시에 불투과성지반상에 놓인 슬리트케이슨의 반사율 및 작용파압에 관한 연구의 결과와 비교&#8226

분석한다. 해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 동일한 지배방정식으로 해석하는 혼상류이론에 기초한 2차원수치파동수로와 3차원수치파동수로를 각각 적용하며, 규칙파의 작용하에서 슬리트케이슨의 전면유공부 및 유수실내부벽면에서 발생하는 반사파의 특성을 2차원 및 3차원수치실험을 통해 검토하고, 동시에 슬리트케이슨의 전면유공부와 유수실내부벽면에 작용하는 파압의 2차원 및 3차원적인 특성을 고찰한다. 또한, 규칙파의 진폭의 크기로 주어지는 지진해일의 내습시에 슬리트케이슨의 전면유공부 및 유수실내부불투과벽체에 작용하는 파압을 산정하여 규칙파의 결과와 비교ㆍ검토하였다. 결과를 살펴보면, 3차원형상인 슬리트케이슨에 대해 구조물로부터의 거리의 변화에 따라 2차원 및 3차원해석에서 발생하는 반사율의 차이를 확인하였고, 반사율에 대한 2차원결과와 3차원결과로부터 2차원수치해석이 과대해석되고 있음을 확인하였다. 또한, 파형경사가 클수록, 주기가 짧을수록 반사율이 낮아지는 경향을 확인할 수 있었고, 불투과성지반을 고려한 경우와 투과성지반을 고려한 경우에서 규칙파의 작용하에 슬리트케이슨의 유공부 및 유수실내부에 작용하는 파압의 차이를 확인하였다. 더불어, 규칙파의 진폭으로 주어지는 지진해일의 전파에 따른 슬리트케이슨의 전면 및 유수실내부에 작용하는 파압을 비교한 결과, 전면유공부에서는 규칙파에 비해 지진해일의 작용파압이 약 3배 ~ 5배 높은 결과를 나타내었으며, 유수실내부벽에서는 규칙파에 비해 지진해일의 작용파압이 약 2배 ~ 4배 높은 결과를 나타내었다.

다음으로, 가장 효율적인 에너지의 흡수장치로 널리 알려져 있는 파력발전장치인 진동수주형(OWC, Oscillating Water Column)의 파력발전시스템을 적용한 curtain식 저반사구조물에 대해 규칙파의 작용하에서 공기터빈에 직접 작용하는 압축공기의 흐름속도와 작용파압에 관한 특성을 3차원수치실험으로부터 검토한다. 해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 동일한 지배방정식으로 해석하는 혼상류이론에 기초한 3차원수치파동수로를 적용하며, 규칙파의 조파검증 및 혼상류해석법의 검증을 실시하였다. 검증을 위하여 中村(1999)의 수리모형실험 및 수치모형실험의 결과와 Yeoum(2003)의 CADMAS-SURF를 적용한 수치모형실험의 파랑제어효과(반사율 및 전달율)에 대한 결과와 비교하였고, 그 결과 혼상류해석법이 고정도의 해석기법이라는 것을 알 수 있다. 결과를 살펴보면, 입사파고의 변화와 curtain wall의 침수심에 따른 압축공기의 속도변화 및 작용파압의 특성을 확인하였고, 더불어 반사율이 최소가 되는 주기에서 최대의 압축공기의 속도가 발생하는 것을 확인하였다.