SPH을 활용한 3차원 비선형 파랑모형 개발 (Development of 3-D Nonlinear Wave Driver Using SPH)

Navier-Stokes식, Gaussian 분포형 용출함수를 이용한 내부조파, energy absorbing layer로 삼차원 파랑모형을 새롭게 구성하였다. Navier-Stokes식의 수치적분에는 정교한 수치기법인 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)가 활용된다. 제안된 파랑모형의 검증은 삼차원 포물형 용기에서의 sloshing현상과 Thacker(1981)의 해석해를 토대로 수행되었다. 초기 수면 형상이 Gaussian hump인 경우왿� 일방향으로 경사진 경우에 대해 수치모의 하였다. 수치모의 결과 수면이 융기되도록 구속한 외부조건이 해제되면서 시작되는 자유진동의 정성적 거동은 비교적 정확히 모의되었으나 시간이 경과될수록 위상차, 침수선이 퇴각하는 등 초기 수면과는 상당히 다른 결과를 보였다. 최종적인 검증은 쐐기모양 해안에서의 비선형 천수, 굴절거동의 수치모의를 토대로 진행되었다. 수치모의 결과 굴절되는 양이 Hamiltonian ray theory가 제공하는 수치보다 전반적으로 작게 나타났다. 이러한 현상은 이상유체왿� 선형 이론에 기초한 Hamiltonian ray theory에서 간과된 비선형성, 점성으로 인한 양안과 저면에서의 에너지 감쇄, 쇄파 과정에 유동계에 도입되는 에너지 감쇄, 선행파랑에 의한 down-rush왿� 조우시 발생하는 도수 등에 기인하는 것으로 판단된다.

In this study, we newly proposed 3-D nonlinear wave driver utilizing the Navier-Stokes Eq. the numerical integration of which is carried out using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics), an internal wave generation with the source function of Gaussian distribution and an energy absorbing layer. For the verification of new 3-D nonlinear wave driver, we numerically simulate the sloshing problem within a parabolic water basin triggered by a Gaussian hump and uniformly inclined water surface by Thacker (1981). It turns out that the qualitative behavior of sloshing caused by relaxing the external force which makes a free surface convex or uniformly inclined is successfully simulated even though phase error is visible and an inundation height shrinks as numerical simulation more proceeds. For the more severe test, we also simulate the nonlinear shoaling and refraction over uniform beach of wedge shape. It is shown that numerically simulated waves are less refracted than the linear counterpart by Hamiltonian ray theory due to nonlinearity, energy dissipation at the bottom and side walls, energy loss induced by breaking, and the hydraulic jump occurring when breaking waves encounter a down-rush by the preceding wave.