Diffusion of a Steady Horizontal Line Source in a Turbulent Shear Flow

난류전단(亂流剪斷) 흐름에서의 정상(定常) 수평(水平) 선오염원(線汚染源)의 확산(擴散)

Diffusion of a steady horizontal line source in a turbulent shear flow is simulated by numerically solving a steady two-dimensional advective diffusion equation. The computational result is compared with the analytic solution for uniform velocity and diffusivity distributions over the depth. The analytic solution for constant velocity and diffusivity overestimates the degree of vertical mixing. The normalized equation indicates that friction factor is the only physical parameter that governs the vertical diffusion process. Sensitivities of the diffusion process to the friction factor and initial source position are analyzed. The rate of vertical mixing varies approximately as the square root of the friction factor. The optimal source position, which gives the most rapid mixing, lies above the mid-depth and moves toward the water surface as the friction factor increases.

정상 2차원 이송확산(移送擴散) 방정식의 수치해석에 의하여 난류전단(亂流剪斷) 흐름에서의 정상(定常) 수평(水平) 선오염원(線汚染源)의 확산(擴散)을 모의하였다. 유속과 난류확산계수(亂流擴散係數)의 수심에 따른 변화가 없을 경우에 대한 해석해와 비교한 결과, 일정 유속 및 난류확산계수(亂流擴散係數)를 가정할 경우 수심방향 확산(擴散)을 과대평가하는 것으로 나타났다. 무차원화된 지배방정식에 따르면 수심방향 확산(擴散)을 지배하는 물리적 변수는 마찰계수(摩擦係數)뿐이다. 마찰계수(摩擦係數)에 대한 확산과정의 민감도(敏感度) 분석(分析)으로부터 수심방향 확산속도(擴散速度)는 대략 마찰계수(摩擦係數)의 제곱근에 비례함을 알 수 있었다. 오염원(汚染源)의 초기 방류위치에 따른 민감도(敏感度) 분석(分析) 결과, 가장 신속한 수심 방향 확산(擴散)을 가져오는 최적의 방류위치는 수심의 중간정보다 위쪽이며, 마찰계수(摩擦係數)가 커질수록 그 위치가 수면쪽에 가까와지는 것으로 나타났다.