해안구조물에 작용하는 파랑의 진행과 변형의 OpenFOAM 수치해석

Abstract

본 연구에서는, C++ 기반의 오픈 소스 소프트웨어인 OpenFOAM 을 이용하여, 두 가지 종류의 항만·해양구조물에 작용하는 파압, 파력의 산정을 통한 안정성 검토를 수행하였다. OpenFOAM 은 코드의 개발 및 공유가 용이하고, 이용자의 직접적인 코드 수정이 가능하며, 실험 조건 구축이 유연한 장점이 있다. olaFlow 는 OpenFOAM 을 기반으로 한 solver 중 하나이며, 다상 유체 흐름을 모의하는 interFoam 의 수조경계에서 파랑 생성 및 흡수 기능을 추가한 모형이다. 본 연구에서 두 가지 종류의 항만·해양구조물 중 첫번째 수치모형실험은 마산구항 방재언덕에 가해지는 파압과 파력 산출이다. 난류모형으로는 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식을 기반으로 하는 k-omega SST 모형을 사용하였다. 수치모형실험에 사용된 설계파 조건은 태풍 매미를 기반으로 한 설계파랑(유의파고 𝐻􀯦 = 1.38 m, 유의파주기 𝑇􀯦 = 14.9s)를 사용하였다. 불규칙파의 스펙트럼으로는 Bretschneider-Mitsuyasu 식을 사용하였으며 수치모형실험 결과를 사용하여 방재언덕에 가해지는 최대 파압, 파력의 작용점 및 월파량을 예측할 수 있다. 두 번째 구조물은 울산광역시 울주군 서생면 신암리 전면 해역 D.L -30 m 수심에 설치 예정인 해저공간 실증 플랫폼이다. 해저공간 실증 플랫폼 수치모형실험에서는 질량 및 운동량 보존방정식으로 filtered Navier-Stokes 방정식 기반의 삼차원 large eddy simulation 을 이용하였으며, 설계파 조건은 파고 𝐻 = 6.4 m,주기 𝑇 = 10.6 s 의 규칙파로 설정하였다. 수치모형실험 결과, 해저공간 플랫폼의 미소면적에 가해지는 파압의 분포를 예측할 수 있으며, 구조물의 각 구역에 대한 파력의 작용 방향과 총 힘 등을 계산할 수 있다. 두 가지 항만·해양구조물에 대한 수치모형실험을 통해, 구조물 설계 및 안정성 검토에 OpenFOAM 을 활용한 수치모형실험 도입 가능성을 확인하였다.