Rogue Wave Simulation in Numerical Wave Tank Using Open Source Libraries

특정해역에서의 유의파고보다 2배 이상 높은 파랑 현상으로 정의되는 로그파는 드물게 발생하지만 발생 장소와 시간을 예측할 수 없고 매우 높은 파도가 갑자기 발생했다 사라지는 특징을 가진다. 이런 이유로 로그파는 선박 및 해양구조물의 안전을 심각하게 위협하는 요인이 될 수 있다. 선박 및 해양구조물의 설계에 로그파의 영향을 고려하기 위해 로그파 환경에서의 선박 및 해양구조물의 동역학적 특성에 관한 실험 또는 수치적 연구가 필요하다. 로그파는 파랑 에너지의 집중으로 인해 발생할 수 있으며 다방향파에 의한 중첩, 주파수가 다른 파들의 중첩, 파랑-바람 또는 파랑-해류의 상호작용 등이 그 원인으로 여겨진다. 본 논문에서는 로그파 환경이 선박 및 해양구조물에 미칠 수 있는 영향을 파악하기 위해 다방향파에 의한 로그파 재현 시뮬레이션을 수행하였다. 로그파 시뮬레이션을 위해 오픈 소스 전산유체역학 라이브러리 OpenFOAM이 사용되었다. 높은 정확도를 가지면서 효율적인 시뮬레이션을 위한 파라미터로 격자의 모양, 격자의 간격, 계산의 시간간격 등을 선택하여 해석을 수행하였다. 재현된 로그파의 정수면을 기준으로 한 최대 높이는 중첩되기 전의 파의 진폭의 약 4.8배에 달했다. 파정에서 파저까지의 거리를 로그파의 높이로 정의하였고 로그파 재현 실험 결과와 일치함을 확인하였다. 재현된 로그파 환경에서 단순형상 구조물의 상하동요와 종동요 거동을 해석하였고 규칙파 환경에서 보다 더 큰 폭으로 진동하는 것을 확인하였다. |The rogue wave is huge wave that its wave height is higher than two times of a significant wave height and it is unpredictable. It can cause serious damage to a ship and an offshore structure. To consider effect of rogue wave to design of ships and offshore structures, the studies for ships and offshore structures’ dynamic characteristic in rogue wave are required. The rogue wave can be generated by focusing of wave energy. Multi-directional waves, multi-frequency waves, wave-wind interactions and wave-current interactions can be cause of wave energy focusing. In this study, the rogue waves were simulated by multi-directional waves. The open source CFD libraries, OpenFOAM, were used to simulate the rogue wave. For accurate and efficient simulation, shape of grid system, time step for simulation, etc. were chosen as parameters. The rogue wave’s maximum elevation was 4.8 times of wave amplitude at wave maker. The rogue wave’s height, defined with distance from rogue wave’s crest to rogue wave’s trough, showed good agreement with experimental result. Heave and pitch motion of box-shaped body in rogue wave condition were calculated. The motions in rogue wave condition were greater than the motions in regular wave condition.Abstract iv 초 록 vi 제 1 장 서 론 1 1.1 연구 배경 1 1.2 선행 연구 6 1.3 연구 내용 7 제 2 장 수치해석방법 9 2.1 지배방정식 9 2.2 수치방법 10 2.3 수치파랑수조 구현 11 2.3.1 완화구역 기법 11 2.3.2 방향파 생성 12 2.4 부유체의 6 자유도 운동 13 2.4.1 6 자유도 운동 해석 기법 14 2.4.2 격자 변형 기법 17 제 3 장 결과 및 고찰 18 3.1 해석 조건 18 3.2 다방향파에 의한 로그파 생성 19 3.3 로그파 환경하의 단순형상 구조물의 동적 거동 25 제 4 장 결 론 29 참고문헌 30Maste