연안해수유동에 관한 효율적인 수치계산기법

Effective Simulation Technology for Near Shore Current Flow

연안해역에서의 해수의 유동을 추정하기 위하여, $\sigma$ 좌표계를 이용한 3차원 해수유동 수치계산 기법을 개발하여, 이를 다양한 해저지형을 가진 정방형의 유체영역 및 인천항부근의 실해역에 적용한 바 있다. 수치해의 수렴성 및 안정성에 있어서 몇가지 제약이 뒤따랐던, 기존의 수치계산기법을 다음과 같은 몇가지 개선을 하여, 수치해의 수렴성 및 안정성을 도모하였다. (1) 개방경계조건으로서 무반사 경계조건을 도입하였다. (2) 시간의 전개에 있어서, 속도장과 수면변위의 추정시각을 교대로 취하였다. (3) 운동방정식중의 이류항의 공간차분을 중앙차분법에서 상류차분법으로 치환하였다. 그 결과, 유체영역내부의 질량 및 운동량보존의 향상이 얻어졌으며, 시간영역에서의 진동이 대부분 억제되었고, 수치해의 수렴성 및 계산정도 등에 있어서 괄목할 만한 향상이 얻어졌다. 또한, 개선된 3차원 해수유동 수치계산기법과 동경대학의 3차원 해수유동 수치계산기법 상호간의 유효성을 검증하기 위하여 공동연구를 수행하였다. 물리좌표계를 이용한 동경대학의 해수유동 추정결과와, $\sigma$ 좌표계를 이용한 울산대학교의 해수유동 추정결과를 비교한 결과, 일부 다소간의 차가 생기는 점을 제외하고는 대부분 상당한 일치를 보이는 유용한 결과를 얻었다.

The three-dimensional multi-layer computer simulation technology for tidal current developed in the previous study is updated to a new version. many improvements are achieved by following changes : (1) No-reflection condition is adopted instead of no-gradient condition as an open boundary condition. (2) Time marching algorithm is changed so that velocity and pressure(surface movement) might be salved in turn at different time step (3) Convection term in equation of motion is estimated by upwind differencing scheme instead of central differencing. The stability is improved considerably and the steady state is achieved within 2 tidal periods which is about 3 times shorter than that of the old version. Moreover, fluctuations in time disappeared by introducing the new time marching technique. An application to the real near shore area(near Inchon harbor) is performed by the new version. Simulated results are compared with those by the simulation total developed in the University of Tokyo. Validity and effectiveness of the two simulation technologies are chocked through the comparative research works.