이안제를 지나는 좌·우측 회절 파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향

김탁겸(Tak Kyeom Kim),권경환(Kyong Hwan Kwon),유하상(Ha Sang Ryu),김경수(Gyung Soo Kim) 한국해안해양공학회 2016 한국해안해양공학회 논문집 Vol.28 No.6

이안제 좌·우측으로 각각 분기되어 진행하는 파랑은 회절에 의해 이안제 배후 안쪽으로 휘어져 위상간 간섭을 일으키며 중첩되면서 전파된다. 지형적인 여건으로 진행방향이 같아지게 되고 항 입구부로 향한다면 파랑의 에너지 중첩에 의한 영향이 항내로 나타날 수 있다. 본 연구에서는 항 입구부에 이안제가 설치되는 경우, 이안제 길이에 따라 발생하는 좌·우측 회절 파랑의 위상차가 항내 파고에 미치는 영향을 수치실험을 통해 검토하였다. 이로부터 항내에서의 파고는 이안제의 길이에 따른 좌·우측 회절파랑의 위상차에 의한 중첩의 영향으로 증폭 혹은 상쇄되어 나타남을 확인하였다. The traveling waves of the left and right of the detached breakwater are bent behind the detached breakwater by diffraction, causing phase interference, superimposed and propagated. If the direction of the waves becomes same and they head to the entrance of a port due to the geographical conditions, superimposed wave energy could influence inside of a port. In this study, we investigated the influence of the phase difference of the left and right diffraction waves generated according to the length of the detached breakwater on the wave heights in a port through numerical experiments when the detached breakwater at a port entrance is installed. From this result, it was confirmed that the wave heights in a port is increased or decreased by the influence of superimposed caused by the phase difference of the left and right diffraction waves due to the length of the detached breakwater.

역삼각형 플랩을 이용한 진자형 파력발전장치의 파랑응답에 대한 수치적 재현 가능성

김탁겸(Tag-Gyeom Kim),김도삼(Do-Sam Kim),조용환(Yong-Hwan Cho),이광호(Kwang-Ho Lee) 한국해안해양공학회 2021 한국해안해양공학회 논문집 Vol.33 No.5

진자형 파력발전장치(Oscillating Wave Surge Converter, OWSC)는 다양한 유형의 파랑 조건에서 효율적으로 작동해야하며 최적의 파랑에너지를 추출하도록 설계되어야 하기 때문에 OWSC의 거동과 관련된 복잡한 파랑-구조물 상호작용이 광범위한 조건에서 검토되어야 한다. OWSC의 개념 설계 및 개발단계에서 수치해석은 OWSC의 설계도구로써 좋은 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 기초적인 OWSC의 거동특성에 대한 검토를 목적으로 오픈소스 CFD를 이용하여 내습하는 파랑에 대한 역삼각형 플랩의 거동특성에 대한 수치해석을 수행하였다. 규칙파 내습시 주기의 변화에 따른 역삼각형 플랩 인근의 자유수면변위 및 회전각도(Flap Rotation angle)를 산정하여 구조물의 거동 특성에 대해 고찰하고, 그 결과를 수리실험과 비교·검토하여 해석성능의 타당성 및 OWSC의 관련 문제를 수치적으로 해석하기 위한 수치모델로서의 적용성능을 검증하였다. 수치해석결과는 파랑과 역삼각형 플랩의 상호작용에 의한 유체역학적 거동 특성을 양호하게 재현함을 확인하였다. Analyzing various wave interactions with oscillating wave surge converters (OWSC) is essential because they must be operated efficiently under a wide range of wave conditions and designed to extract optimal wave energy. In the conceptual design and development stage of OWSC, numerical analysis can be a good alternative as a design tool. This study performed a numerical analysis on the behavioral characteristics of the inverted triangle flap against the incident waves using open source CFD to examine the essential behavioral attributes of OWSC. Specifically, the behavioral characteristics of the structure were studied by calculating the free water surface displacement and the flap rotation angle near the inverted triangular flap according to the change of the period under the regular wave conditions. By comparing and examining the numerical analysis results with the hydraulic model experiments, the validity of the analysis performed and the applicability in analyzing the wave-structure interactions related to OWSC was verified. The numerical analysis result confirmed that the hydrodynamic behavior characteristic due to the interactions of the wave and the inverted triangle flap was well reproduced.

유출유 확산모형의 실해역 적용

박강욱,김탁겸,조용식 한국방재학회 2011 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.10 No.-

유류유출사고는 치명적인 해양 생태계파괴를 가져올 뿐만 아니라, 막대한 방제 및 피해보상비용이 발생하므로 일종의 재난으로 받아들여지고 있으며, 초기 방제대책으로써 유출유의 확산범위를 정확히 예측하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 허베이 스피리트호 유출사고에 대하여 외력요소를 고려하여 유출유 확산모형을 구축한 후, 확산분포에 대한 수치계산을 수행하여 만리포 및 신두리 일대 해안에 유류가 유입되었던 유출사고 13시간 후인 2007년 12월 7일 오후 8시와 인공위성 사진이 존재하는 2007년 12월 11일 오전 11시의 확산분포를 관측상황과 비교하여 검증하였다.

오일러 격자체계에서 유체율 함수에 기초한 경계면 추적기법의 비교

김도삼,김탁겸,신범식,이광호 한국해안,해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.1

The application of multiphase flows is increasingly being applied to analyze phenomena such as single phase flows where the fluid boundary changes continuously over time or the problem of mixing a liquid phase and a gas phase. In particular, multiphase flow models that take into account incompressible Newtonian fluids for liquid and gas are often applied to solve the problems of the free water surface such as wave fields. In general, multiphase flow models require time-based the surface tracking of each fluid's phase boundary, which determines the accuracy of the final calculation of the model. This study evaluates the advection performance of representative VOF-type boundary tracking techniques applied to various CFD numerical codes. The effectiveness of the FCT method to control the numerical flux to minimize the numerical diffusion in the conventional VOF-type boundary tracking method and advection calculation was mainly evaluated. In addition, the possibility of tracking performance of free surface using CIP method (Yabe and Aoki, 1991) was also investigated. Numerical results show that the FCT-VOF method introducing an anti-diffusive flux to precent excessive diffusion is superior to other methods under the confined conditions in this study. The results from this study are expected to be used as an important basic data in selecting free surface tracking techniques applied to various numerical codes. 자유수면을 포함하는 파동장과 같이 단상의 경계가 시간발전에 따라 지속적으로 변화하는 경우나 액상과기상이 혼합되는 문제에 있어서는 다상유동(multiphase flow) 문제를 적용하는 예가 증가하고 있다. 특히, 파동장과같은 자유수면의 문제를 취급하는데 있어서는 혼합되지 않는 액상과 기상의 비압축성 뉴턴유체를 고려한 혼상류 모델이 적용되는 경우가 많다. 일반적으로 혼상류 모델은 각상의 경계면에 대한 시간기반 거동추적이 필수적이며, 궁극적으로는 계산의 정도를 좌우한다. 본 연구는 다양한 CFD 수치해석코드에 적용되고 있는 대표적인 VOF-type의경계면 추적기법들의 이류성능을 평가하였다. 특히, 기존의 전통적인 VOF-type의 경계면 추적기법 및 이류계산에서발생하는 수치확산을 최소화하기 위해 수치유속(numerical flux)을 제어하는 F CT 법의 효용성을 평가하고, 더불어CIP 법을 활용한 자유수면 추적성능의 가능성을 고찰하였다. 그 결과, 본 연구에서 적용한 제한된 조건하에서는 수치확산 방지를 위해 수치확산방지 유속을 도입한 FCT-VOF 법이 가장 높은 경계면의 추적성능을 보였다. 본 연구에서 도출되는 결과는 다양한 수치해석코드에 적용되는 자유수면의 추적기법을 선택함에 있어서 중요한 기초자료로활용될 것으로 기대된다.

저면경사에 의한 Bouss-2D 모형의 마찰계수 적용

하창식,김탁겸,김종훈,유하상 한국항해항만학회 2018 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.추계

원해역에서 내습되는 파랑변형 및 근해역에서 그 응답은 국내 항만의 확장 및 보수를 위한 설계단계에서 정밀한 검토가 필수적이다. 항만의 설계검토는 비용 및 시간상 제약으로 평면 파랑모형을 통해 파악하고 있으며, 실제해상의 파랑형태와 유사한 불규칙파랑의 해석이 요구 되고 있다. 파랑변형에 영향을 미치는 저면형상 및 마찰은 검토 대상해역의 해안선이나 근해의 순환적 패턴에 있어 중요한 요인이 된다. 다방향 불규칙파 모형에서 저면마찰은 사용자 지정의 상수로 적용되며, 적절한 적용으로 파랑의 특성을 재현할 필요가 있다. 본 연구에서는 불규칙 파랑 모형을 대상으로 저면마찰 상수 변화에 따른 기존수리실험과의 특성을 고찰하고 다방향 불규칙파의 정온도 해석시 저면마찰적용에 대한 기초자료를 제공하고자 한다.

해안림에 의한 파랑의 감쇠특성

이성대,김문정,김탁겸,Lee,Seong Dae,Kim,Mun-Jeong,Kim,Tak-Kyeom 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.1

연안해역의 산재해 있는 해안송림이나 삼림성 식생은 평상시에는 자연 경관과 인근 연안 환경에 편익을 제공하고 있으며, 지진해일이나 폭풍해일 등의 장주기파랑 내습시에는 입사파 에너지를 감쇠하여 배후지의 연안재해를 억제하여 연안 환경 및 방재의 측면에서 주목을 받고 있다. 특히 2004년 동남아시아에서 발생한 지진해일의 재해가 삼림성 식생인 맹그로브 군락지(Mangrove forest)에서 최소화 되었다는 조사 보고에 따라 연안방재의 측면에서 해안림의 가치가 재조명되고 있다. 해안림과 같은 삼림성 식물이 폭풍 및 지진해일 등과 같은 파랑의 에너지 감쇠와 이에 따른 연안방재능력을 보이는 것은 해안림의 수목 형상 등에 의한 것으로 알려져 있으나, 해안림을 구성하고 있는 삼림성 식물군락을 구성하고 있는 잎, 가지, 줄기로 복잡한 수목형상이 어떻게 내습하는 파동을 전파 변형, 감쇠해 가는가에 대해서는 아직은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 삼림성 해안림으로 전파하는 입사파 및 폭풍해일에 대한 유체 저항을 본 수치 해석에 모델화하여 적용하는 것을 목적으로 해안림의 형상 특성을 현지 조사하였다. 그리고, 해안림을 상층부와 하층부로 2개층으로 구성된 투과성 구조물로 모형화 하여, 해안림을 통과하는 파랑의 감쇠 특성을 CADMUS-SURF 수치모형을 통해 검토하였다.

해안림에 의한 파랑의 감쇠특성

이성대,김문정,김탁겸 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

연안해역의 산재해 있는 해안송림이나 삼림성 식생은 평상시에는 자연 경관과 인근 연안 환경에 편익을 제공하고 있으며, 지진해일이나 폭풍해일 등의 장주기파랑 내습시에는 입사파 에너지를 감쇠하여 배후지의 연안재해를 억제하여 연안 환경 및 방재의 측면에서 주목을 받고 있다. 특히 2004년 동남아시아에서 발생한 지진해일의 재해가 삼림성 식생인 맹그로브 군락지(Mangrove forest)에서 최소화 되었다는 조사․보고에 따라 연안방재의 측면에서 해안림의 가치가 재조명되고 있다. 해안림과 같은 삼림성 식물이 폭풍 및 지진해일 등과 같은 파랑의 에너지 감쇠와 이에 따른 연안방재능력을 보이는 것은 해안림의 수목 형상 등에 의한 것으로 알려져 있으나, 해안림을 구성하고 있는 삼림성 식물군락을 구성하고 있는 잎, 가지, 줄기로 복잡한 수목형상이 어떻게 내습하는 파동을 전파 변형, 감쇠해 가는가에 대해서는 아직은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 삼림성 해안림으로 전파하는 입사파 및 폭풍해일에 대한 유체 저항을 본 수치 해석에 모델화하여 적용하는 것을 목적으로 해안림의 형상 특성을 현지 조사하였다. 그리고, 해안림을 상층부와 하층부로 2개층으로 구성된 투과성 구조물로 모형화 하여, 해안림을 통과하는 파랑의 감쇠 특성을 CADMUS-SURF 수치모형을 통해 검토하였다.

바람장을 이용한 파랑산출시 연안에서의 SWAN(phase-averaged)모델과 SQASH(phase-resolving)모델의 파랑전파양상 비교

하창식,김맹진,김태현,김탁겸,유하상 한국항해항만학회 2019 한국항해항만학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.추계

머신러닝 오픈소스 플랫폼을 활용한 쇄파 예측

이광호(Kwang-Ho Lee),김탁겸(Tag-Gyeom Kim),김도삼(Do-Sam Kim) 한국해안해양공학회 2020 한국해안해양공학회 논문집 Vol.32 No.4

지금까지 연안에서 발생하는 쇄파에 대한 연구는 지속적으로 수행되었으며, 그에 따른 많은 실험자료가 축적되어 왔다. 또한, 다양한 실험자료로부터 공학적인 적용을 위한 쇄파 정보를 정량적으로 예측하기 위하여 회귀분석에 기반한 다양한 경험식이 제안되었다. 그러나 쇄파는 내재하고 있는 변동성이 있으므로 선형 회귀분석과 같은 선형적 통계접근 방법에는 한계가 있다. 본 연구에서는 쇄파파고 및 쇄파수심을 예측하기 위하여 기계학습 중 하나인 신경망을 사용하는 비선형 방법을 제안하였다. 신경망은 구글에서 배포하고 있는 머신러닝 오픈소스 플랫폼인 텐서플로(Tensorflow)를 이용하여 구축하였다. 신경망 모델은 수집된 실험자료를 무작위로 선택하여 학습하였으며, 학습에 이용하지 않은 자료를 사용하여 학습된 신경망을 평가하였다. 학습된 신경망에 의해 예측된 쇄파파고와 쇄파수심에 대한 예측결과는 기존의 경험식에 의한 계산결과에 비해 높은 예측성능을 보였으며, 이는 충분히 학습된 신경망은 쇄파파고 및 수심을 예측하기 위한 유용한 도구로 사용될 수 있음을 보여준다. A large number of studies on wave breaking have been carried out, and many experimental data have been documented. Moreover, on the basis of various experimental data set, many empirical or semi-empirical formulas based primarily on regression analysis have been proposed to quantitatively estimate wave breaking for engineering applications. However, wave breaking has an inherent variability, which imply that a linear statistical approach such as linear regression analysis might be inadequate. This study presents an alternative nonlinear method using an neural network, one of the machine learning methods, to estimate breaking wave height and breaking depth. The neural network is modeled using Tensorflow, a machine learning open source platform distributed by Google. The neural network is trained by randomly selecting the collected experimental data, and the trained neural network is evaluated using data not used for learning process. The results for wave breaking height and depth predicted by fully trained neural network are more accurate than those obtained by existing empirical formulas. These results show that neural network is an useful tool for the prediction of wave breaking.