고정된 반잠수식 해양구조물에 작용하는 파도 및 조류에 의한 하중의 수치시뮬레이션

초록

본 연구는 수정된 밀도함수법(Modified Marker-Density Method, MMD법)을 이용하여 직교격자계에서 고정된 반잠수식 해양구조물에 있어서 파도 및 조류가 구조물에 미치는 하중의 수치시뮬레이션 결과를 제시하였다. 계산결과들과 실험결과들의 비교를 통하여, MMD법이 해상 환경변화에 따른 해양구조물에 대한 하중예측에 있어서 공학상 적용가능성이 충분함을 확인하였다. 직교격자계에서 자유표면의 변화를 정도 높게 해석하기 위하여, 물과 공기의 밀도에 대한 수송방정식의 수치해석을 이용하는 밀도함수법에 있어서 경계조건 처리의 수치기법을 수정한 MMD법을 활용하였다. 즉, MMD법은 물과 공기의 밀도차이에 의한 지배방정식들의 공간적 불연속성에 따른 해의 불안정성을 극복하기 위하여 수정 및 보완된 수치기법이다. 연속방정식과 Navier-Stokes 방정식을 지배방정식들로 사용하였으며, 또한 Sub-Grid Scale(SGS) 난류모델을 적용하여 유동의 난류 특성도 고려하였다. 수치시뮬레이션은 기존에 실험이 수행된 모형크기의 고정된 반잠수식 해양구조물에 대하여 이루어졌으며, 이때 파도와 조류의 조건으로는 파랑하중의 파고에 대한 무차원계수를 고려하여 한가지 파고에 대해서만 조류 방향을 파도의 진행 방향과 그 반대 방향으로 하였다. 파도와 조류의 구조물에 미치는 하중을 실험결과와 비교, 분석하였으며, 계산결과들이 실험결과들에 근접함을 확인하였다. 또한, 이러한 연구결과들은 향후 구조물 설계에 있어서 기초적인 자료로 활용이 가능할 것이다.