Numerical Analysis of Surface Thermal Jets by Three-Dimensional Numerical Model

3차원(次元) 수치모형(數値模型)에 의한 표면온배수(表面溫排水) 확산(擴散)의 수치해석(數値解析)

A three-dimensional numerical model of surface buoyant jets with variable density was established. The model uses fully nonlinear, time-dependent, three-dimensional, ${\sigma}$-transformed equations of motion and equation of heat transport. A semi-implicit numerical scheme in time has been adopted for computational efficiency. The model was applied for thermal jets discharging into a stagnant water and the simulated results were compared with a hydraulic experimental data set showing good agreement. Comparative studies of exchange coefficients and stability functions indicated that spatial variation of exchange coefficients should be considered and the existing stability functions should be modified to simulate surface buoyant jets accurately.

밀도효과(密度效果)를 고려한 물의 유동(流動)에 관한 3차원(次元) 수치모형(數値模型)을 수립하여, 정상수역(靜上水域)으로의 표면온배수(表面溫排水) 확산문제(擴散問題)를 해석하였다. 수립된 수치모형(數値模型)은 수심방향에 대해 정규화(正規化)한 좌표(座標)(${\sigma}$-coordinate)에서 무차원화(無次元化)된 식들을 사용하며, 시간(時間) 적분방법(積分方法)으로는 반음해법(半陰解法)을 사용하여 계산시간의 효율성(效率性)을 도모하였다. 온배수확산(溫排水擴散) 수리실험결과(水理實驗結果)와의 비교를 통하여 모형의 신뢰성(信賴性)을 검토하였으며, 온배수(溫排水) 확산(擴散)(밀도류(密度流)) 계산시 연직확산계수(鉛直擴散係數)와 성층효과(成層效果)를 고려하기 위해 사용되는 안정함수(安定函數)의 여러 형태에 대한 계산결과를 비교하였다. 수립된 모형은 수리실험자료(水理實驗資料)와 일치하는 양호한 계산결과를 보였다. 온배수 확산 모의시 연직(鉛直) 확산계수(擴散係數)의 공간적(空間的) 분포(分布)를 고려해야함을 확인할 수 있었으며, 표면온배수 확산을 정확히 모의하기 위해서는 기존에 널리 사용되는 안정함수(安定函數)가 수정될 필요가 있었다.