고정도 불규칙파랑 생성을 위한 RANS 모델의 개선 연구

Abstract

최근 신재생 에너지를 생산하기 위한 친환경 해상플랫폼의 개발 요구가 증대되면서 설계 고도화를 위해 전산유체역학 해석 기술을 활용하는 사례가 병렬연산장비의 급속한 발전과 맞물려 증가하고 있다. 특히 불규칙 파랑장에서의 해양구조물의 전역거동평가는 실선 기준으로 1~3시간 동안의 평가가 필요하므로 모형시험 또한 많은 시간이 소요된다. 따라서 경제적이고 고도화된 해양구조물의 설계와 성능평가를 위해서 실험-수치해석의 상호보완은 필수이며 이를 위해 효율적이면서 정도 높은 결과를 제공하는 수치해석기법의 적립이 필요하다. 해양구조물 주위 난류점성 유동장의 수치모사를 위해 RANS 기반의 난류모형들이 주로 사용되나 규칙 또는 불규칙 파랑 생성에 해당 모델을 활용하면 난류 점성이 자유수면 주변에 과도하게 생성되어 파랑 전파시 소산되는 문제가 발생한다. 이것은 난류 점성모델이 가지는 한계로써 비물리적으로 과도하게 증가하는 난류점성의 억제를 위한 난류모델의 개선이 필요하다. 본 연구에서는 SST k-omega 모델의 난류운동방정식에 부력항을 추가한 Devolder et al. (2017, 2018) 모델과 난류 에너지 비소산율 방정식에 ？Qsas 항을 추가한 Menter & Egorov (2010)의 모델 그리고 PANS 모델과 LES 모델을 연동한 하이브리드 모델(강민재 등, 2022)을 불규칙 파랑생성에 적용하여 자유수면 소산에 대한 개선 특성을 비교하였다. 여기서 언급한 모델들은 자유수면 또는 난류 유동의 수치 소산을 개선하기 위해 제안된 모델이며 해당 모델들을 CFD 국제공동연구에서 고려된 불규칙파 생성 문제에 적용하였다.