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      KCI등재

      제체의 갑작스런 붕괴로 인한 충격파 수치해석  :  SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)를 중심으로 = Numerical analysis of dam breaking problem using SPH

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      https://www.riss.kr/link?id=A76574429

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      국문 초록 (Abstract)

      최근 진행된 정밀 수치해석 기법의 비약적인 발전에도 불구하고 SPH 등과 같은 고급수치기법의 수자원 분야에서의 활용은 그리 활발해 보이지 않는다. 대규모 수계를 대상으로 한 flood routing의 경우 비선형 천수방정식으로 대표되는 depth averaged approach가 효과적이나 정밀한 범람고 예단에는 오류가 야기될 수 있다. 본 고에서는 SPH 수치해석 기법의 수자원 분야로의 적용가능성을 모색하기 위해 비교적 수리모형실험자료가 풍부한 제체붕괴로 인한 수리현상을 수치모의하였다. (Martin과 Moyce, 1952). 보다 완벽한 검증을 위해 수로에 장애물이 거치된 경우 (Koshizuka 등, 1995), 수문의 갑작스런 개방으로 인한 수로에서의 수리현상 (Janosi 등, 2004) 등 점진적으로 난이도를 높여 수치모의를 수행하였다. 동수역학 모형 방정식으로는 Navier-Stokes 방정식, 동수역학의 수치적 적분에는 Smoothed Particle Hydrodynamics 기법을 채택하였다. 모의 결과 본 고에서의 수치모의가 기존에 선호되던 VOF, MAC의 수치 기법에 비해 우월한 결과를 보였다.
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      최근 진행된 정밀 수치해석 기법의 비약적인 발전에도 불구하고 SPH 등과 같은 고급수치기법의 수자원 분야에서의 활용은 그리 활발해 보이지 않는다. 대규모 수계를 대상으로 한 flood routing...

      최근 진행된 정밀 수치해석 기법의 비약적인 발전에도 불구하고 SPH 등과 같은 고급수치기법의 수자원 분야에서의 활용은 그리 활발해 보이지 않는다. 대규모 수계를 대상으로 한 flood routing의 경우 비선형 천수방정식으로 대표되는 depth averaged approach가 효과적이나 정밀한 범람고 예단에는 오류가 야기될 수 있다. 본 고에서는 SPH 수치해석 기법의 수자원 분야로의 적용가능성을 모색하기 위해 비교적 수리모형실험자료가 풍부한 제체붕괴로 인한 수리현상을 수치모의하였다. (Martin과 Moyce, 1952). 보다 완벽한 검증을 위해 수로에 장애물이 거치된 경우 (Koshizuka 등, 1995), 수문의 갑작스런 개방으로 인한 수로에서의 수리현상 (Janosi 등, 2004) 등 점진적으로 난이도를 높여 수치모의를 수행하였다. 동수역학 모형 방정식으로는 Navier-Stokes 방정식, 동수역학의 수치적 적분에는 Smoothed Particle Hydrodynamics 기법을 채택하였다. 모의 결과 본 고에서의 수치모의가 기존에 선호되던 VOF, MAC의 수치 기법에 비해 우월한 결과를 보였다.

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      다국어 초록 (Multilingual Abstract)

      Even though there is a great deal of progress in a numerical method of high caliber like SPH, it is very rarely deployed in a water resources community. Despite the great stride in computing environment, depth averaged approach like a nonlinear shallow equation is still efficient tool for flood routing in large watershed, but it can give some misleading information like the inundation height of flood. In this rationale, we numerically simulate the flow into the dry channel, dry channel with an obstacle triggered by the collapse of a two dimensional water column using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) in order to boost the application of numerical method of high caliber like SPH in a water resources community. As a most severe test of the robustness of SPH, we also carry out the simulation of the flow through a clearance into the wet channel driven by the rapid removal of a water gate. As a hydrodynamic model, we used the Navier-Stokes equation, a numerical integration of which was carried out using SPH. To verify the validity of newly proposed numerical model, we compare the numerically simulated flow with the others in the literature mainly from VOF and MAC, and hydraulic experiments by Martin and Moyce (1952), Koshi-zuka et al. (1995) and Janosi et al. (2004). It was shown that agreements between the numerical results in this study and hydraulic experiments are remarkable.
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      Even though there is a great deal of progress in a numerical method of high caliber like SPH, it is very rarely deployed in a water resources community. Despite the great stride in computing environment, depth averaged approach like a nonlinear shallo...

      Even though there is a great deal of progress in a numerical method of high caliber like SPH, it is very rarely deployed in a water resources community. Despite the great stride in computing environment, depth averaged approach like a nonlinear shallow equation is still efficient tool for flood routing in large watershed, but it can give some misleading information like the inundation height of flood. In this rationale, we numerically simulate the flow into the dry channel, dry channel with an obstacle triggered by the collapse of a two dimensional water column using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) in order to boost the application of numerical method of high caliber like SPH in a water resources community. As a most severe test of the robustness of SPH, we also carry out the simulation of the flow through a clearance into the wet channel driven by the rapid removal of a water gate. As a hydrodynamic model, we used the Navier-Stokes equation, a numerical integration of which was carried out using SPH. To verify the validity of newly proposed numerical model, we compare the numerically simulated flow with the others in the literature mainly from VOF and MAC, and hydraulic experiments by Martin and Moyce (1952), Koshi-zuka et al. (1995) and Janosi et al. (2004). It was shown that agreements between the numerical results in this study and hydraulic experiments are remarkable.

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      목차 (Table of Contents)

      • Abstract
      • 요지
      • 1. 서론
      • 2. 기본방정식
      • 3. 수치결과
      • Abstract
      • 요지
      • 1. 서론
      • 2. 기본방정식
      • 3. 수치결과
      • 4. 결론
      • 참고문헌
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      참고문헌 (Reference)

      1 Koshizuka, S., "particle method for incompressible viscous flow with fluid fragmentation" 4 : 29-46, 1995

      2 Hirt, C.W., "Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries" 39 : 201-225, 1981

      3 Pope, Stephen B., "Turbulent flows" Cambridge Univ. Press 2000

      4 Janosi, I.M., "Turbulent Drag Reduction in Dam-Break Flows" 37 : 219-229, 2004

      5 Rodi, Wolfgang, "Turbulence models and their application in hydraulics - a state of art review. International Association for Hydraulic Research, Delft, 3rd edition 1993, Balkema"

      6 Pope, Stephen B., "Ten questions concerning the large-eddy simulation of turbulent flows" 6 (6): 1-24, 2004

      7 조용준, "Swash대역에서의 해빈표사 부유거동에 관한 연구" 대한토목학회 28 (28): 95-109, 2008

      8 Yoshizawa, A., "Statistical theory for compressible turbulent shear flows with application to sub-grid modeling" 29 : 2152-2164, 1986

      9 Monaghan, J.J., "Solitary waves on a Cretan beach" 125 : 145-154, 1999

      10 Gingold, R.A., "Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars" 181 : 375-389, 1977

      1 Koshizuka, S., "particle method for incompressible viscous flow with fluid fragmentation" 4 : 29-46, 1995

      2 Hirt, C.W., "Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries" 39 : 201-225, 1981

      3 Pope, Stephen B., "Turbulent flows" Cambridge Univ. Press 2000

      4 Janosi, I.M., "Turbulent Drag Reduction in Dam-Break Flows" 37 : 219-229, 2004

      5 Rodi, Wolfgang, "Turbulence models and their application in hydraulics - a state of art review. International Association for Hydraulic Research, Delft, 3rd edition 1993, Balkema"

      6 Pope, Stephen B., "Ten questions concerning the large-eddy simulation of turbulent flows" 6 (6): 1-24, 2004

      7 조용준, "Swash대역에서의 해빈표사 부유거동에 관한 연구" 대한토목학회 28 (28): 95-109, 2008

      8 Yoshizawa, A., "Statistical theory for compressible turbulent shear flows with application to sub-grid modeling" 29 : 2152-2164, 1986

      9 Monaghan, J.J., "Solitary waves on a Cretan beach" 125 : 145-154, 1999

      10 Gingold, R.A., "Smoothed particle hydrodynamics: theory and application to non-spherical stars" 181 : 375-389, 1977

      11 Monaghan, J.J., "Smoothed particle hydrodynamics" 30 : 543-574, 1992

      12 Monaghan J.J., "Simulating free surface flows with SPH" 110 : 399-406, 1994

      13 Pan, C.H., "Simulating free surface flows by MAC method" 1-2 : 51-58, 1993

      14 Monaghan, J.J., "Shock simulation by the particle method of SPH" 52 : 374-381, 1983

      15 Monaghan, J.J., "Scott Russell’s wave generator" 12 : 622-630, 2000

      16 Monaghan, J.J., "SPH meets the Shocks of Noh" Monash University Paper 1987

      17 Dalrymple, R.A., "SPH Modeling of water waves" 2000

      18 Takeda, H., "Numerical simulation of viscous flow by smoothed particle hydrodynamics" 92 : 939-959, 1994

      19 Ubbink, O., "Numerical prediction of two fluid systems with sharp interfaces" Imperial College of Science 1997

      20 Dalrymple, R.A., "Numerical modeling of water waves with the SPH method" 53 : 141-147, 2006

      21 Morris, J.P., "Modeling low Reynolds number incompressible flow using SPH" 136 : 214-226, 1997

      22 조용준, "Lagrangian Dynamic Smagorinsky 난류모 형과 SPH를 이용한 쇄파역에서의 비선형천수거동에 관한 연구" 한국해안해양공학회 19 (19): 81-96, 2007

      23 Shao, S., "Incompressible SPH method for simulating Newtonian and non-Newtonian flows with a free surface" 26 : 787-800, 2003

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      25 Smagorinsky, J., "General circulation experiments with the primitive equations, I. the Basic Experiment" 91 : 99-164, 1963

      26 Monaghan, J.J., "Artificial viscosity for particle methods" 1 : 187-194, 1985

      27 Martin, J.C., "An experimental study of the collapse of liquid columns on a rigid horizontal plane" 244 : 312-342, 1952

      28 Batchelor, G.K., "An Introduction to fluid dynamics" Cambridge Univ. Press 1967

      29 Lin, P.Z., "A numerical study of breaking waves in the surf zone" 359 : 239-264, 1998

      30 Lucy, L.B., "A Numerical approach to testing the fusion hypothesis" 82 : 1013-1024, 1977

      31 Meneveau, C., "A Lagrangian dynamic subgrid-scale model of turbulence" 319 : 353-385, 1996

      32 Crespo, A.J.C., "3D SPH simulation of large waves mitigation with a dike" 45 (45): 631-642, 2007

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      2013-01-01 평가 학술지 통합(등재유지)
      2001-01-01 평가 등재학술지 선정(등재후보2차) KCI등재
      1998-07-01 평가 등재후보학술지 선정(신규평가) KCI등재후보
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