Abstract
An accurate and efficient numerical method for two-dimensional nonlinear radiation problem has been developed. The wave motion due to a moving body is described by the assumption of ideal fluid flow, and the governing Laplace equation can be effectively solved by the higher-order boundary element method with the help of the GMRES (Generalized Minimal RESidual) algorithm. The intersection or corner problem is resolved by utilizing the so-called discontinuous elements. The implicit trapezoidal rule is used in updating solutions at new time steps by considering stability and accuracy. Traveling waves caused by the oscillating body are absorbed downstream by the damping zone technique. It is demonstrated that the present method for time marching and radiation condition works efficiently for nonlinear radiation problem. To avoid the numerical instability enhanced by the local gathering of grid points, the regriding technique is employed so that all the grids on the free surface may be distributed with an equal distance. This makes it possible to reduce time interval and improve numerical stability. Special attention is paid to the local flow around the body during time integration. The nonlinear radiation force is calculated by the "acceleration potential technique". Present results show good agreement with other numerical computations and experiments.
본 연구에서는 2차원 비선형 방사문제에 대한 정확하고 효과적인 수치기법을 개발하였다. 물체운동에 의해서 생성되는 비선형파계는 이상유체라는 가정에 의하여 기술되고, 라프라스 방정식은 고차경계요소법과 GMRES(Generalized Minimal RESidual) 알고리즘을 이용하여 신속하고 효율적인 풀이가 가능하도록 하였다. 자유표면과 물체면의 교차점에서 발생하는 교차선문제는 불연속 요소를 이용하여 원활하게 해결하였다. 자유표면의 비선형운동을 기술하기 위해서 음해적 사다리꼴 법칙(implicit trapezoidal rule)을 사용하여 시적분하였다. 물체에 의해서 발생한 비선형파가 수직 하류면에서 반사하는 것을 줄이기 위하여 하류면에 수치감쇠항을 도입하였다. 수치계산 결과로부터 본 시적분법 및 수치방사조건이 비선형 방사문제에 매우 적합함을 확인하였다. 시적분 과정에서 자유표면의 격자점들을 재배치함으로써 수치해법의 효율성을 배가하였으며, 교차점근처의 유동 또한 정확하게 기술하였다. 가속도 포텐셜(acceleration potential) 기법을 이용하여 정확하고 안정하게 비선형 방사력을 구하였다. 본 수치계산결과는 다른 수치계산 및 실험결과와 비교하여 볼 때, 좋은 일치를 보인다.
