마름/젖음 천수흐름 해석을 위한 혼합격자기반 유한체적모형 (Mixed-Mesh Finite-Volume Model for Shallow Water Flow with Drying and Wetting)

서지정보

· 발행기관 : 한국방재학회
· 수록지 정보 : 한국방재학회논문집 / 18권 / 6호 / 417 ~ 429페이지
· 저자명 : 김병현

초록

Godunov형 유한체적모형은 복잡한 유체의 흐름도 수치진동 없이 정확하게 해석할 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 각 격자의 절점에서 지형고를 반영하는 격자기반 유한체적모형은 지형을 정확하게 반영할 수 있어 지형이 모형의 정확성에 중요한 역할을 하는 홍수모델링에 큰 이점이 있다. 하지만, 격자기반모형에서는 절점에서 반영한 지형고에 따라 부분적인 마름/젖음이 발생할 수도 있어, 2차원 수치모형에서 해결하기 어려운 문제 중에 하나인 마름/젖음 문제가 더 복잡해진다.
계산격자에서 발생하는 부분 마름/젖음 해석을 위해 Begnudelli and Sanders (2006)는 삼각격자 기반 체적-수위 관계(Volume-Free surface Relationships, VFRs)를 제안하였으며, Kim et al. (2014)은 혼합격자에 적용을 위해 제안 방법을 확장하였다. 본 연구에서는 삼각, 사각, 혼합격자를 포함한 3가지 유형의 격자를 생성하고 각 격자에 대해 해상도를 다르게 하여 혼합격자에 적용 가능한 VFRs (Kim et al., 2014)를 마름과 젖음이 발생하는 실험실 및 실제 발생한 댐 붕괴에 대해 정확성과 적용성을 검토하였다.
산정된 모형의 오차 및 계산시간은 합리적인 값을 보여주어, 본 연구에서 적용한 VFRs가 격자의 종류 및 해상도에 관계없이 잘 적용되고 있음을 확인하였다.

영어초록

The Godunov-type finite-volume model is able to accurately simulate complex fluid flows without numerical oscillation. In particular, the mesh-based finite-volume model can capture the feature geometry with precision at the nodes of the grid, and thus has a benefit in flood modeling. However, the mesh-based model may cause partial drying and wetting, which are challenges to solve in the 2D numerical model. Begnudelli and Sanders (2006) proposed a triangular mesh-based volume/free surface relationship (VFR) for resolving partial drying and wetting, and Kim et al. (2014) extended the method to mixed mesh. In this study the accuracy and applicability of VFRs extended by Kim et al. (2014) were examined by applying three mesh types, namely triangular, quadrilateral and mixed mesh, with various resolutions. Model errors and run times were acceptable and VFRs applied in this study performed well regardless of mesh type and resolution.

참고자료

· 없음