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(a) 터빈의 반력을 산출하기 위해 터빈을 포함하는 격자에 대하여 상류측 보존변수(U)를 정확하게 내삽해야 하므로 상류측 보존변수 내삽모듈(12)이 부분내삽값과 가중치를 이용하여 내삽값을 얻는 단계(S10)와;(b) 터빈의 반력을 산출하기 위해 적용할 LMADT 규모를 선형운동량 액츄에이터 모형 수행모듈(13)이 결정하는 단계(S20)와;(c) 상기 단계(b)에서 결정된 LMADT 규모에 따라 선형운동량 액츄에이터 모형 수행모듈(13)이 터빈스케일에서의 LMADT 또는 배열스케일에서의 LMADT을 통해 터빈의 반력과 조류에너지를 산출하는 단계(S30), 및(d) 수치기법의 적용을 용이하게 하기 위해 천수방정식을 변환한 열벡터 변수에 관한 편미분 방정식으로부터 얻고 상기 단계(c)에서 산출된 터빈의 반력을 이용한 상미분방정식을 포함한 수학식,(여기서, 는 셀평균 보존변수, F는 x방향 플럭스, G는 y방향 플럭스, 는 셀평균 소스항(), i, j는 각각 x방향과 y방향에 대한 공간에 관한 격자 번호, △x와 △y는 격자간격, x,y는 위치좌표, t는 시간, h는 수심, u와 v는 각각 x,y방향 수심평균유속, g는 중력가속도, 는 x방향 셀평균 터빈의 반력, 는 y방향 셀평균 터빈의 반력, ρ는 유체의 밀도, n은 조도계수, b는 바닥 지형의 높이, τbx와 τby는 각각 x,y방향 바닥마찰력, 부호위 바 ‘￣’는 평균값임을 나타냄)에 유한체적법 또는 유한차분법이 적용된 수치모형을 이용해 천수모형 수행모듈(11)이 상기 수학식을 만족하는 임의 시간과 위치에서의 수심(h)과 유속(u,v)을 산출하는 단계(S40)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 천수흐름에서 선형운동량 액츄에이터 디스크 이론을 이용한 조류에너지 부존량 산정 방법
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제 1 항에 있어서,상기 단계(a)는,(a1) 해당셀에서 유속방향으로 상류 위치가 선정되고 부분내삽값()은 다음의 수학식들,,(여기서, r은 0 또는 1, n은 시간의 격자셀 번호임)을 이용하여 얻는 단계와;(a2) 연속성 지시자는 다음의 수학식들,,,,을 통해 얻는 단계와;(a3) 상기 단계(a2)에서 얻은 연속성 지시자를 이용하여 가중치는 다음의 수학식,(여기서, r은 0 또는 1, , d0=2/3, d1=1/3, 임)을 통해 얻는 단계, 및(a4) 상기 상기 단계(a1)에서 얻은 부분내삽값과 상기 단계(a3)에서 얻은 가중치를 이용하여 내삽값()은 다음의 수학식,을 통해 얻는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 천수흐름에서 선형운동량 액츄에이터 디스크 이론을 이용한 조류에너지 부존량 산정 방법
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제 1 항에 있어서,상기 단계(b)와 (c)는,(b1) (여기서, l은 터빈 사이의 간격, N은 터빈의 갯수, 는 터빈이 설치된 각도, 은 터빈배열의 길이와 격자 규모에 대한 임계 비율임)인지 여부를 결정하고 이면 다음의 단계(c1) 내지 (c5)를 수행하는 단계와;(c1) 다음의 수학식을 이용하되 α4는 10-6003c#α4003c#1 사이의 임의의 값을 입력하여 β4를 구하는 단계와;(여기서, , u4,bypass는 터빈스케일의 4번 지점에서 우회류의 유속, u1은 상류인 1번 지점에서 유속, FrD는 프로우드 수, α4는 터빈스케일의 4번 지점에서 유속을 상류인 1번 지점에서 유속으로 무차원화한 값, BD는 터빈스케일에서 액츄에이터 디크스가 흐름을 막는 가림비율임)(c2) 상기 단계(c1)에서 구해진 β4의 해의 실수부를 내림차순으로 정렬하여 정렬된 실수부의 첫번째 값과 두번째 값이 같다면 다음 단계를 진행하지 않고 상기 단계(c1)에서 다른 임의의 α4값을 입력하여 상기 단계(c1)부터 다시 시작하고, 정렬된 실수부의 첫번째 값과 두번째 값이 같지 않다면 β4의 해의 실수부를 내림차순으로 정렬하여 정렬된 실수부 중에서 두번째 값을 β4의 값으로 결정하는 단계와;(c3) 상기 단계(c2)에 결정된 β4를 이용하여 α2(터빈스케일의 2번 지점에서의 터빈을 통과하는 유속의 비), 터빈스케일 반력계수(CTD), 터빈스케일 파워계수(CPD)와 터빈스케일의 5번 지점에서의 수심차를 다음의 수학식들,,,(여기서, )을 통해 산출하는 단계와;(c4) 10-6003c#α4003c#1 사이의 임의의 값을 입력했을 때 상기 터빈스케일 반력계수(CTD)와 터빈스케일 파워계수(CPD)의 최대값이 산출되는 α4를 구하기 위해 상기 단계(c1) 내지 (c3)를 반복하는 단계, 및(c5) 터빈스케일에서의 터빈의 반력(TD)과 조류에너지(ETD)를 다음의 수학식들,,(여기서, CTD는 상기 단계(c4)에서 반력계수의 최대값, ρ는 유체의 밀도, u1은 상류인 1번 지점에서 유속이되 터빈을 포함하는 격자에 대하여 내삽된 상류측 보존변수를 통해 얻은 값, AD는 디스크의 면적, (터빈을 포함하고 있는 임의 격자 (i,j)에서 총 모의시간 t동안 추출한 조류에너지), n은 시간에 대한 스텝, , PD는 터빈스케일에서의 터빈의 파워, CPD는 상기 단계(c4)에서 파워계수의 최대값)을 통해 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 천수흐름에서 선형운동량 액츄에이터 디스크 이론을 이용한 조류에너지 부존량 산정 방법
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제 1 항에 있어서,상기 단계(b)와 (c)는,(b11) (여기서, l은 터빈 사이의 간격, N은 터빈의 갯수, 는 터빈이 설치된 각도, 은 터빈배열의 길이와 격자 규모에 대한 임계 비율임)인지 여부를 결정하고 이면 다음의 단계(c11) 내지 (c22)를 수행하는 단계와;(c11) σ1은 10-6003c#σ1003c#1 사이의 임의의 값을 입력하고 α4도 10-6003c#α4003c#1 사이의 임의의 값을 입력하는 단계와;(c12) ξ1을 다음의 수학식,(여기서, ξ1은 배열스케일의 1번 지점에서 수심비, FrA는 프로우드 수, σ1은 배열스케일의 1번 지점에서 유속비)을 이용하여 구하는 단계와;(c13) β4를 다음의 수학식,(여기서, , u4,bypass는 터빈스케일의 4번 지점에서 우회류의 유속, u1은 상류인 1번 지점에서 유속, FrD는 프로우드 수, α4는 터빈스케일의 4번 지점에서 유속을 상류인 1번 지점에서 유속으로 무차원화한 값이되 상기 단계(c11)에서 입력된 값, BD는 터빈스케일에서 액츄에이터 디크스가 흐름을 막는 가림비율임)을 이용하여 구하는 단계와;(c14) 상기 단계(c13)에서 구해진 β4의 해의 실수부를 내림차순으로 정렬하여 정렬된 실수부의 첫번째 값과 두번째 값이 같다면 다음 단계를 진행하지 않고 상기 단계(c11)에서 다른 임의의 α4값을 입력하여 상기 단계(c11)부터 다시 시작하고, 정렬된 실수부의 첫번째 값과 두번째 값이 같지 않다면 β4의 해의 실수부를 내림차순으로 정렬하여 정렬된 실수부 중에서 두번째 값을 β4의 값으로 결정하는 단계와;(c15) 상기 단계(c14)에 결정된 β4를 이용하여 α2(터빈스케일의 2번 지점에서의 터빈을 통과하는 유속의 비), 터빈스케일 반력계수(CTD), 터빈스케일 파워계수(CPD)와 터빈스케일의 5번 지점에서의 수심차를 다음의 수학식들,,,(여기서, )을 통해 산출하는 단계와;(c16) 10-6003c#α4003c#1 사이의 임의의 값을 입력했을 때 상기 터빈스케일 반력계수(CTD)와 터빈스케일 파워계수(CPD)의 최대값이 산출되는 α4를 구하기 위해 상기 단계(c11) 내지 (c15)를 반복하는 단계와;(c17) 배열스케일 반력계수(CTA)와 배열스케일 파워계수(CPA)의 최대값을 다음의 수학식들,, (여기서, σ1은 배열스케일의 1번 지점에서 유속비로 상기 단계(c11)에서 입력된 값, CTD는 상기 단계(c16)에서 반력계수의 최대값)을 통해 구하는 단계와;(c18) 다음의 수학식을 이용하되 σ6는 10-6003c#σ6003c#1 사이의 임의의 값을 입력하여 τ6를 구하는 단계와;(여기서, , u6,bypass는 배열스케일의 6번 지점에서 우회류의 유속, u0은 상류인 0번 지점에서 유속, FrA는 프로우드 수, α6는 배열스케일의 6번 지점에서 유속을 상류인 0번 지점에서 유속으로 무차원화한 값, BA는 배열스케일에서 액츄에이터 디크스가 흐름을 막는 가림비율임)(c19) ξ6와 σ5를 상기 단계(c18)에서 구한 τ6와 다음의 수학식들,, (여기서, ξ6은 배열스케일의 6번 지점에서 수심비, σ5는 배열스케일의 5번 지점에서 유속비, FrA는 프로우드 수, σ6 배열스케일의 6번 지점에서 유속비로 상기 단계(c18)에서 입력된 값, ξ5는 와 상기 단계(c15)에서 을 통해 산출)을 이용하여 구하는 단계와;(c20) 다음의 수학식, 을 이용하여 σ1을 구하고 상기 단계(c11)에서 입력된 값과 일치하는지 확인하는 단계와;(c21) 상기 단계(c20)에서 구한 σ1이 상기 단계(c11)에서 입력된 값과 일치하면 다음 단계를 진행하고, 상기 단계(c20)에서 구한 σ1이 상기 단계(c11)에서 입력된 값과 일치하지 않으면 다음 단계를 진행하지 않고 상기 단계(c11)에서 다른 임의의 σ1값을 입력하여 상기 단계(c20)에서 구한 σ1이 상기 단계(c11)에서 입력된 값과 일치할 때까지 상기 단계(c11) 내지 (c20)을 반복하는 단계, 및(c22) 배열스케일에서의 터빈의 반력(TA)과 조류에너지(ETA)를 다음의 수학식들,,(여기서, CTA는 상기 단계(c17)에서 반력계수의 최대값, ρ는 유체의 밀도, u0은 상류인 0번 지점에서 유속이되 터빈을 포함하는 격자에 대하여 내삽된 상류측 보존변수를 통해 얻은 값, L=Nl(l은 터빈 사이의 간격, N은 터빈의 갯수), h1은 배열스케일에서 1번 지점의 수심, (터빈을 포함하고 있는 임의 격자 (i,j)에서 총 모의시간 t동안 추출한 조류에너지), n은 시간에 대한 스텝, , PA는 배열스케일에서의 터빈의 파워, CPA는 상기 단계(c17)에서 파워계수의 최대값)을 통해 산출하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 천수흐름에서 선형운동량 액츄에이터 디스크 이론을 이용한 조류에너지 부존량 산정 방법
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제 1 항에 있어서,유체는 정상상태(steady state)이고, 폭방향으로 균일한 유속을 가지며, 후류가 생성되는 하류단부분에서만 점성을 갖는 준 비점성(quasi-inviscid) 흐름이고, 바닥전단력의 효과는 터빈의 반력에 비해 미미하므로 무시하며, 도메인인 (넓은) 해협은 균일한 폭방향(횡)단면을 가지고, 인 평평한 바닥지형을 가지며, 조류울타리로부터 멀리 떨어진 상하류단은 폭방향으로 등류이고, 터빈스케일 흐름변화가 정상상태로 수렴하는데 필요한 시간과 그 길이 스케일은 배열스케일에서의 시간과 길이스케일보다 매우 작으며, 정수압(hydrostatic)가정을 사용하고, 터빈과 배열이 흐름을 막음으로서 발생하는 효과가 상류단에 미치지 않는다는 가정들이 필요한, 천수흐름에서 선형운동량 액츄에이터 디스크 이론을 이용한 조류에너지 부존량 산정 방법
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