KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
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Effects of Velocity Structures on Tracer Mixing in a Meandering Channel

사행수로에서 유속구조가 추적물질의 혼합에 미치는 영향

  • 서일원 (서울대학교 건설환경공학부) ;
  • 박성원 (서울대학교 건설환경공학부)
  • Received : 2008.08.28
  • Accepted : 2008.12.18
  • Published : 2009.01.31
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Abstract

In this study, a laboratory experiment has been performed on a S-curved channel with two curved sections. In the experiments, effects of 3-D velocity structures on mixing characteristics of tracer material were investigated. As a result, it was clearly noticed that the primary flow travels taking the shortest course of the meandering channel and has a very ununiform distribution at the bends. The secondary cell which was developing at the first bend disappears at the crossover, and then, at the next bend, secondary cell is re-developing in the opposite direction. The experimental results show that mixing of tracer is significantly affected by the combined action of ununiform primary flow and secondary cell. The ununiform primary flow separates the tracer cloud in the longitudinal direction, and the secondary cell further separates the retarding tracer cloud mainly in the transverse direction. As a result, these complex flow structures cause separation and spreading of tracer cloud both in the longitudinal and in the transverse directions. The measured dimensionless transverse dispersion coefficients calculated using 2-D routing procedure ranges 0.012-0.875, and is generally proportional to width to depth ratio (W/h). The predicted values calculated by the theoretical equation overestimate slightly the measured transverse dispersion coefficients.

본 연구에서는 사행수로에서 유속구조가 추적물질의 혼합에 미치는 영향을 분석하기 위하여 2개의 만곡부를 갖는 S자형 실험수로를 제작하여 순간 주입된 추적자물질에 대한 분산실험을 수행하였다. 실험자료를 분석한 결과, 주 흐름은 사행수로의 최단경로를 따라 이동하며 만곡부에서 불균일한 분포를 갖는 것으로 밝혀졌다. 이차류의 경우, 만곡부에서 강력한 셀이 발달하나 직선부에서는 소멸하다가 다시 다음 만곡부에 반대 방향의 셀로 재생성됨이 확인되었다. 오염운의 거동은 주흐름의 불균일한 분포와 이차류셀에 의해 매우 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 주흐름의 불균일한 분포는 오염운을 종방향으로 분리시키고, 이차류 셀은 만곡부 외측의 처진 오염운을 횡방향으로 더욱 분리시키는 역할을 하게 되어, 결과적으로 만곡부의 복잡한 유속구조가 오염운을 종 횡방향으로 모두 분리시키고 나아가서 많이 퍼지게 하는 작용을 하는 것으로 밝혀졌다. 2차원 추적법의 적용을 통해서 각 케이스별 종 횡분산계수 실측치를 산정한 결과, 사행수로 전체구간에 대한 무차원 횡분산계수는 0.012~0.875의 범위를 갖는 것으로 밝혀졌다. 횡분산계수는 하폭 대 수심비에 대체적으로 비례하는 것으로 나타났다. 횡분산계수 이론식에 의한 추정치와 비교한 결과, 이론치가 실측치와 비교하여 다소 과대 산정하는 경향을 보여주고 있음을 알 수 있었다.

Keywords

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