Time-Domain Simulation of Nonlinear Free-Surface Flows around a Two-Dimensional Hydrofoil

2차원 수중익주위 비선형 자유표면유동의 시간영역 시뮬레이션

A computationally efficient numerical method based on potential flow is developed for time-domain simulation of the nonlinear free-surface flows around a 2-dimensional hydrofoil. This numerical method, namely, spectral/boundary-element method, is a mixed one of the high-order spectral method and the boundary-element method in time-domain. The high-order spectral method is used to calculate the nonlinear evolution of free-surface, and the boundary-element method is used to calculate the effects of the hydrofoil and the shed vortex. As application examples, nonlinear free-surface flows around a 2-dimensional hydrofoil which starts from the rest and translates near the free-surface with or without harmonic oscillations are calculated. Nonlinear/unsteady results of free-surface waves and hydrodynamic farces are shown and discussed. Particularly, the results of steady-state which are obtained as a special case of the present unsteady solution are compared with others' calculated and experimental results, and good agreements are observed.

2차원 수중익 주위의 비선형 자유표면 유동을 시간영역에서 시뮬레이션할 수 있는 수치해법이 개발되었다. 본 수치해법은 고차 스펙트럴법과 경계요소법을 조합한 스펙트럴/경계요소법(spectral/boundary-element method)이며, 자유표면은 고차 스펙트럴법에 의해 그리고 수중익과 후류 보오텍스는 경계요소법에 의해 다루어 진다. 본 방법은 자유표면과 수중익의 비선형/비정상 상호작용문제에 폭넓게 적용될 수 있으며, 특히 스펙트럴법을 사용하므로 자유표면 유동을 매우 효율적으로 다룰 수 있다. 적용예로 정지상태에서 출발하여 자유표면 근처에서 균속 전진운동 또는 전진 및 동요운동을 하는 경우가 다루어 졌고, 자유표면파와 동유체력에서의 비선형/비정상 효과들이 보여지고 있다. 비정상해의 특수한 경우로 얻어지는 정상상태의 계산결과들이 다른 이론 또는 실험결과들과 비교되었으며, 좋은 일치를 보이고 있다.