3차원 VOF법에 의한 연직 주상구조물에 작용하는 파력과 구조물에 의한 파랑변형 해석

Abstract

최근, 경제성장과 인구증가에 따라 연안역을 중심으로 다양한 형태의 해안 및 항만구조물의 개발이 필요하게 되었다. 이러한 해안 및 항만구조물의 설계에 있어서 대형 연직 주상구조물에 의한 파동장의 변화 예측은 주변 해역을 항해하는 선박으로의 영향 및 주상구조물 주변의 세굴문제 등을 검토하는데 있어서 매우 중요하다. 또한, 대형 연직 주상구조물에 의해 발생하는 회절파를 고려한 작용파압 및 파력은 내파설계상 정확히 예측할 필요가 있다. 연직 주상구조물에 작용하는 파력과 파랑변형에 대한 기존의 연구는 대부분이 비선형의 포텐셜모델이였으며, 복수의 주상구조물간의 상호간섭에 의한 강비선형의 파랑 및 적용대상구조물에 한계가 있다.

본 연구에서는 복수의 대형 연직 주상구조물을 중심으로 구조물에 작용하는 비선형파력과 구조물에 의한 비선형파랑변형을 검토하며, 수치해석의 이론으로 파랑과 구조물과의 비선형상호간섭에 따른 복잡한 자유수면의 거동특성을 고정도로 해석할 수 있는 Navier-Stokes방정식에 근거한 3차원 VOF(Volume Of Fluid)법을 적용하였다. 본 수치해석의 타당성을 검증하기 위해 연직 원주구조물과 파랑과의 비선형간섭에 따른 연직 원주구조물 주변에서의 파랑변형에 대하여 해석해 및 2차오더의 회절산란포텐셜을 유도한 Sanada(1998)의 수치해석결과 및 수리실험결과와 본 수치해석결과를 비교ㆍ검토하였다. 그리고, 연직 원주구조물에 작용하는 파력특성에 대하여 Chakrabarti and Tam(1975)의 수리실험결과와 본 연구의 수치해석결과를 비교ㆍ검토하였으며 좋은 대응성이 확인되었다. 이로부터 2기로 구성된 임의형상의 연직 주상구조물에 대해 구조물의 형상, 구조물의 배치간격, 파의 입사각도 변화에 따른 비선형파력과 비선형파랑변형의 특성을 논의하였다.