유공률에 따른 유공벽에서의 파 반사율 변화

Abstract

유공방파제의 실용적이고 효과적인 설계를 위해서는 파랑과 구조물의 상호작용에 대한 이해가 중요하다. 본 연구는 유공벽에서의 파 반사율 산정을 위하여 유공률의 변화에 따른 영향을 살펴보았다. 먼저 슬릿에서의 에너지 손실로 인한 반사율의 영향을 살펴보기 위해 난류유동해석 프로그램 FLUENT6.0을 사용하였다. 기존의 해석해는 에너지 감쇠 효과를 원형오리피스 공식을 사용하여 평가하였는 바, 벽두께 효과의 영향이 배제되었다. 따라서 본 연구는 슬릿 형태의 오리피스에서의 에너지 손실계수를 산정하는 경험식을 유도하였다. 뿐만 아니라 면적공극률에 따라 유공벽 전·후면의 수위차를 고려한 경험값을 제안하였다. 이를 통해 유공방파제로부터의 규칙파의 반사율을 계산할 수 있는 해석적 모형을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 경험공식의 타당성을 검토하기 위해 유공률과 벽면 두께가 서로 다른 다양한 유공률에 대해 수리모형실험을 실시하였다. 그 결과를 수치모델과 비교하였다. 그 결과, 수리실험 관측치와 계산치가 잘 일치하는 좋은 결과를 얻었다. 향후 비선형 효과가 큰 파에 대한 실험과 해석을 통해 에너지 손실계수의 추가적인 개선이 필요하다.; For practical and efficient design of a perforated breakwater it is important to understand the interaction between waves and structures. In this study the influence of various porosities has been investigated to estimate the reflection of waves due to perforated wall. The numerical investigations using the computational fluid dynamics software, FLUENT6.0, have been used to estimate the reflection coefficient of waves due to the energy dissipation of a slotted plate. The conventional analytical models employed the energy dissipation associated with a sharp-crested circular orifice. Thus, the effect of the wall thickness is not considered. In this study the empirical formula which can estimate the energy dissipation coefficient for a slotted orifice with finite thickness has been suggested. A free surface difference between the front and back sides of a perforated wall is also taken into account in the suggested empirical formula. Based on the new energy dissipation coefficient developed in this study an analytical model has been proposed to calculate the reflection coefficient of regular waves from a perforated breakwater. For the verification of the empirical formula proposed in this study a series of hydraulic experiments are conducted using various types of perforated walls with different porosity and thickness. The reflection coefficients calculated using the present empirical formula are compared with the measured ones. As a result, a good agreement between the measured and calculated results is achieved. It is necessary to conduct further hydraulic experiments for the waves of large wave height to improve the empirical formula by considering the nonlinear effects of waves.