Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation (한국방재학회 논문집)

Korean Society of Hazard Mitigation (한국방재학회)
권호 표지

Development of a Numerical Model of Shallow-Water Flow using Cut-cell System

분할격자체계를 이용한 천수흐름 수치모형의 개발

  • 김형준 (한양대학교 일반대학원 토목공학과) ;
  • 이승오 (홍익대학교 공과대학 건설도시공학부) ;
  • 조용식 (한양대학교 공과대학 도시건설환경공학부)
  • Published : 2008.08.31
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Abstract

Numerical implementation with a Cartesian cut-cell method is conducted in this study. A Cartesian cut-cell method is an easy and efficient mesh generation methodology for complex geometries. In this method, a background Cartesian grid is employed for most of computational domain and a cut-cell grid is applied for the peculiar grids where the flow characteristics are changed such as solid boundary to enhance the accuracy, applicability and efficiency. Accurate representation of complex geometries can be obtained by using the cut-cell method. The cut-cell grids are constructed with irregular meshes which have various shape and size. Therefore, the finite volume method is applied to numerical discretization on a irregular domain. The HLLC approximate Riemann solver, a Godunov-type finite volume method, is employed to discretize the advection terms in the governing equations. The weighted average flux method applied on the Cartesian cut cell grid for stabilization of the numerical results. To validate the numerical model using the Cartesian cut-cell grids, the model is applied to the rectangular tank problem of which the exact solutions exist. As a comparison of numerical results with the analytical solutions, the numerical scheme well represents flow characteristics such as free surface elevation and velocities in x-and y-directions in a rectangular tank with the Cartesian and cut-cell grids.

본 연구는 Cartesian 격자망을 기본으로 하여 복잡한 지형을 위한 격자를 간편하고 효율적으로 생성할 수 있는 기법인 분할격자체계를 제안하고자 한다. 분할격자기법은 전반적인 흐름영역의 격자는 균일한 크기의 Cartesian 격자로 표현하지만 수치모형의 정확성, 적용성 및 효율성을 증대시키기 위하여 흐름의 특성이 변하는 격자를 분할하여 처리하는 기법이다. 분할격자체계에 의한 격자망은 다양한 크기 및 형상을 지니게 되므로, 유한체적기법을 적용하여 복잡한 흐름영역을 위한 수치모형을 구성한다. HLLC Riemann 근사해법을 이용하여 지배방정식을 이산화하였으며, 수치해의 안정성을 기하기 위하여 TVD-WAF기법을 적용하였다. 분할격자체계를 이용한 수치모형을 검증하기 위하여 해석해가 존재하는 사각형수조의 자유진동흐름을 모의하였다. 해석해와 수치모의 결과를 비교하여 본 연구에서 제안된 기법이 균일격자 및 분할격자체계에서 자유수면변위 및 x-축 및 y-축 방향의 유속을 정확히 모의함을 확인하였다.

Keywords

References

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