해양 구조물 주위 유동
 
 
*모델링된 해양 구조물 주위 다상 유동 해석.

*AMR(Adaptive Mesh Refinement) grid: each block has 8*8*8 grids

 
 
 
본 연구에서는 복잡한 형상의 해양구조물을 직교좌표계에서 구현하기 위해 IBM (Immersed Boundary Method) 기법을 사용하였다. 기존 IBM에서는 복잡한 형상의 물체를 구현하기 위해서 물체 표면을 나타내는 방정식을 이용하였지만, 이런 방법의 경우 간단한 형상에만 적용할 수 있으며, 형상이 복잡해지면 정확한 물체의 표면을 구현하지 못한다는 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 표면점(marker particle)을 이용하는 방법을 채택하였다. 이 방법은 3차원 모델링 상용프로그램인 AutoCAD로 모델링된 형상의 표면점들을 추출하여 Solver에 전달하고, 전달된 표면점들의 좌표정보를 이용하여 복잡한 형상을 구현할 수 있다. 또한 형상이 변경되어도 Solver의 수정 없이 AutoCAD 모델링만 변경하면 해석이 가능하다. 표면점 기술이 적용된 IBM과 함께 효율적인 격자 구조 기법인 AMR (Adaptive Mesh Refinement) 기법을 사용하였다. 복잡한 형상의 구조물 주위에는 많은 격자점을 필요로 하며, 구조물의 운동을 포함하여 해석할 경우 구조물의 움직임에 따라서 조밀한 격자를 사용해야 하기 때문에 전체적인 컴퓨터 메모리양과 수치계산 시간의 급격한 상승을 초래한다. 또한 다상유동의 대표적 특징인 자유표면을 정확히 구현하기 위해서는 자유표면 근처에서 조밀한 격자를 사용해야 한다. 이를 극복하기 위해 사용된 AMR 기법은 격자구조에 단계(level)를 두어 물리량(속도, 압력)들의 변화가 심하지 않은 구역에서는 성긴 격자를 사용함으로써 컴퓨터 메모리 및 계산시간을 절감할 수 있으며, 물리량들이 급변하는 곳에서는 조밀한 격자를 사용함으로써 더욱 정확한 계산을 수행할 수 있다. AMR 격자구조에서 출발하여 표면점 기술이 적용된 IBM 및 높은 수의 난류를 정확히 해석하기 위한 LES 해석 기술을 통합하였다. 또한 VOF(Volume of Fluid) 기법을 적용하여 자유표면을 포함하는 다상 유체와 구조물과의 상호작용(FSI)을 정확히 해석할 수는 코드를 완성하였다. 모델링 되어진 해양구조물 주위 수면의 변화 및 구조물이 받는 힘에 대한 연구를 수행하였다.