• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.566-570
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• 2012

본 연구에서는 비선형 k-$\varepsilon$ 모형을 이용하여 직사각형 개수로에서 평균흐름과 난류구조를 모의하였다. 표준 k-$\varepsilon$ 난류모형은 난류의 등방성을 가정하여 국부적 평형상태에서 계산하기 때문에 유선에 따른 레이놀즈 응력의 변형이 큰 경우나 이방성이 강한 경우 이를 계산하지 못한다. 이를 보완하기 위하여 제시된 것이 비선형 k-$\varepsilon$ 난류모형이다. 본 연구에서는 표준 k-$\varepsilon$ 모형과 비선형 k-$\varepsilon$ 모형에 의한 모의결과를 비교하였다. 난류모형을 검증하기 위하여 직사각형 개수로에 흐름을 완전 발달된 등류로 가정하여 해석하였다. 지배방정식을 해석하기 위해 Patankar와 Spalding (1972)이 제시한 SIMPLER 알고리즘을 사용하였고 유한체적법을 이용하여 이산화하고 엇갈린 격자체계를 사용하여 계산에서 발생하는 과도한 진동을 줄였다. 또한 차분기법은 Patankar (1980)가 제시한 Power-law 기법을 채택하였으며 경계조건으로 2층 벽법칙 모형과 Hossain과 Rodi (1993)의 모형을 이용하였다. 두 모형의 적용성을 검증하기 위하여 실측자료를 이용하여 비교하였고 그 결과 비선형 k-$\varepsilon$ 모형이 표준 k-$\varepsilon$ 모형에 비해 좀 더 실측지에 가깝게 모의하는 것을 볼 수 있었다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.6B
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• pp.643-651
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• 2008

In the present paper, turbulent open-channel flows over longitudinal bedforms are numerically simulated. The Reynolds- averaged Navier-Stokes equations in curvilinear coordinates are solved with the non-linear $k-{\varepsilon}$ model by Speziale( 1987). First, the developed model is applied to rectangular open channel flows for purposes of model validation and parameter sensitivity studies. It is found that the parameters $C_D$ and $C_E$ are important to the intensity of secondary currents and the level of turbulent anisotropy, respectively. It is found that the non-linear $k-{\varepsilon}$ model can hardly reproduce the turbulence anisotropy near the free surface. However, the overall pattern of the secondary currents by the present model is seen to coincide with measured data. Then, numerical simulations of turbulent flows over longitudinal bedforms are performed, and the simulated results are compared with the experimental data in the literature. The simulated secondary currents clearly show upflows and downflows over the ridges and troughs, respectively. The numerical results of secondary currents, streamwise mean velocity, and turbulence structures compare favorably with the measured data. However, it is observed that the secondary currents towards the troughs were significantly weak compared with the measured data.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.168-168
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• 2011

본 연구는 일산대교의 교각이 한강 하류부의 지형변화에 미치는 영향을 분석하기 위한 준비단계로서, 이차원 흐름모형을 사용하여 일산대교 교각에 의한 흐름변화를 분석하였다. 일산대교 교각의 영향을 검토하기 위해 일산대교 상류 쪽 1.2 km부터 하류 쪽 1.7 km까지 약 2.9 km 구간을 대상으로 RMA-2 모형을 사용하여 흐름을 예측하였다. 이 구간의 하상고는 EL. -5.01 m ~ EL. 2.20 m이다. 일산대교의 교각이 있을 경우에 대한 절점 개수가 7,083개, 유한요소의 개수는 2,799 개이며, 교각이 없을 경우에 대해서는 절점 개수가 7,121개, 유한요소의 개수는 2,856개이다. 일산 대교에 의한 영향 검토 결과, 교각으로부터 상하류로 200 m 정도 떨어진 영역에서는 유속 벡터의 경향에서 차이가 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 일산대교 근처에서는 교각의 방향에 따라 흐름 방향이 유도되고 직상류에서 흐름의 방향이 급격히 변하는 현상이 나타났다. 반면, 일산대교 하류에서는 교각의 영향을 거의 받지 않는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.127-127
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• 2017

침수식생이 식재된 개수로에서 식생밀도에 따라 유동 및 난류의 특성이 변화된다. 이러한 특성은 식생에서의 유사, 영양물질, 용존 산소 등에 영향을 미치며 수중 생물의 서식에 변화를 준다. 따라서 침수식생이 식재된 개수로 흐름을 이해하는 것은 중요하게 여겨지고 있으며 많은 선행연구자들에 의해 실험 및 수치모의를 통해 활발히 연구되고 있다. 하지만 대부분의 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)를 기반으로 한 선행연구에서는 침수식생의 흐름 특성을 반영하지 않은 모형을 이용하여 정확한 모의 결과를 도출하지 못 하였다. 이에 정확한 침수식생 흐름을 수치모의하기 위해서는 침수식생 흐름의 특성을 반영한 지배방정식을 이용해야 한다. 본 연구의 목적은 침수식생 흐름의 특성을 RANS 모형 중의 하나인 SA (Spalart-Allmaras) model에 반영하고, 식생밀도에 따른 유동 및 난류량을 실측치와 비교하는 것이다. RANS 방정식을 이용하여 난류모델링을 하였으며, 난류폐합문제를 해결하기 위해서 modified SA model을 이용하였다. 침수식생에서의 흐름을 해석하기 위해 운동량방정식에 식생항력을 추가하였다. 선행연구자의 식생수로 실험을 바탕으로 모형검증을 하였으며, 식생밀도에 따라 평균유속 및 난류구조를 확인하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.2B
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• pp.139-144
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• 2006

Using DNS data for turbulent flows in an open-channel with sidewalls, the mechanisms by which secondary flows are generated and by which Reynolds shear stresses are created, are demonstrated. Near the sidewall, secondary flows invading towards the sidewall are observed in the regions of both lower and upper corners, while secondary flows ejecting from the sidewall towards the center of the channel are created elsewhere. The distributions of Reynolds shear stresses near the sidewall are analyzed, connecting their productions with coherent structures. A quadrant analysis shows that sweeps are dominant in two corner regions where secondary flows invading towards the sidewall are generated, but that ejections are dominant in the region where secondary flows ejecting towards the center of the channel are created. Also, conditional quadrant analyses reveal that the productions of Reynolds shear stresses and the patterns of secondary flows are determined by the directional tendencies of coherent structures.

• Proceedings of the Korea Contents Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.461-462
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• 2011

하천에 침입한 식생이 흐름에 미치는 영향은 현장조사와 수리모형실험을 통해 다양한 연구가 진행되고 있지만 하천의 흐름이 식생에 미치는 영향이나 상호작용에 대해서는 아직 초보적인 수준에 머물러 있다. 국내의 하천에서 버드나무는 일열로 흐름방향에 평행하게 이입되어 활착되는 현상이 두드러지게 나타나고 있고 있으며, 이 연구는 실험실 개수로에 모형 나무를 일렬로 배열하여 식생이 완전히 잠긴 경우와 부분적으로 잠긴 경우에 대하여 수리모형실험을 수행하였다. 수리모형 실험결과 나무의 개수에 따라 수위의 변화가 나타남을 확인할 수 있으며, 빈 공간의 존재를 나타내는 나무의 간격에 따라서도 영향을 받음을 알 수 있었다. 이 연구는 수리모형실험을 통하여 식생의 개수, 잠긴 정도, 흐름 상태에 따른 유속과 수위 분포의 변화를 분석하고자 연구를 수행하였으며 이 결과는 식생저항모형 개발과 이차원 흐름모형의 검보정에 활용할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.74-78
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• 2012

본 연구는 하천에서 식생에 의한 흐름구조 변화가 오염물질 이동에 미치는 영향을 알아보기 위해 흐름방향 확산계수를 산정하였다. 정수식생 조건에서 횡방향 수심적분된 와점성계수는 비식생 조건에서의 와점성계수와 다르게 적용되어야 하며 이를 위해 유량 횡분배법을 Jordanova and James (2003) 실험에 적용하였다. 제시된 실험조건을 잘 재현하는 와점성계수의 값을 역산하였으며, 이에 관한 산술평균 값을 향후 수리모형의 적용을 위해 정수식생 조건에서의 무차원 와점성계수로 제안하였다. 결정된 무차원 와점성계수를 이용하여 부분식생 개수로 흐름에서 흐름방향 확산계수를 산정하여 오염물질의 이동에 대한 특성을 분석하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.326-326
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• 2017

개수로에서 비에너지(specific energy)는 수로바닥을 기준으로 단위무게의 물이 가지는 에너지로 정의되며 흐름의 위치수두와 속도수두의 합으로 표현된다. 비에너지는 수로단면의 변화에 따른 수심의 변화를 해석하기 위하여 사용되는 중요한 개념이다. 사각형 개수로에서의 비에너지 관계식은 3차방정식의 형태이며, 해석적으로 3개의 해(3개의 수심)를 가지나, 물리적인 의미를 가지는 해는 2개이며 나머지 하나의 해는 음수이므로 물리적인 의미를 가지지 않는다. 물리적인 의미를 가지는 2개의 해는 각각 흐름이 상류(subcritical flow)인 경우와 사류(supercritical flow)인 경우에 대한 수심이다. 즉, 일정한 유량이 흐르는 조건에서 동일한 비에너지를 가지는 수심이 상류와 사류에 각각 존재하는데, 이 2개의 수심을 대응수심(alternate depths)이라 정의한다. 이러한 사각형 개수로에 대한 비에너지 관계식은 3차방정식이므로 그 해석해를 구할 수 있어, 수로단면의 변화에 따른 흐름의 변화를 비교적 쉽게 해석할 수 있다. 사각형 개수로가 아닌 경우의 비에너지 관계식을 이론적으로 고찰하는 연구는 찾아보기 힘들다. 이에 본 연구에서는 포물선형 개수로에 대해서 비에너지 관계식을 유도하였다. 유도된 비에너지 관계식은 비선형 음함수의 형태로 해석적으로 해를 구할 수 없다. 유도된 관계식의 해법으로 2차의 정밀도를 가지는 Newton-Raphson방법을 이용하였으며, 계산의 초기치는 상용화된 Excel에서 쉽게 구할 수 있는 회귀식을 이용하여 구하였다. 적용 예를 통해, 단순 회귀식을 이용하는 경우에는 정해와의 상대오차가 2 - 8% 내외였는데, 본 연구에서 제안하는 방법을 사용하는 경우에는 동일한 조건에서 상대오차가 0.25% 내외를 보였다. 즉 본 연구에서 제시하고 있는 양해법을 이용하면, 포물선형 개수로 흐름의 대응수심을 용이하게 그리고 정확도가 매우 높게 산정할 수 있다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.6B
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• pp.627-634
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• 2008

In a numerical simulation of open channel turbulent flows using RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes) equations model equipped with VOF (Volume of Fluid) scheme, the determination of wall roughness for wall function was studied. The roughness constant, based on the law-of-the-wall for flow on rough walls, obtained by experimental works for pipe flows is employed in general wall functions. However, this constant of wall function is the function of Froude number in open channel flows. Thus, the wall roughness should be determined by taking into account the effect of Froude number. In addition, the wall roughness should be corresponding to Manning's roughness coefficient widely used for open channels. In this study, the relation between wall roughness height as an input condition and Manning's roughness coefficient was investigated, and an equation for effective wall roughness height considering the characteristics of numerical models was proposed as a function of Manning's roughness coefficient.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.510-514
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• 2006

하수관은 평상시 개수로 흐름특성을 가지며, 설계강우를 초과하는 홍수사상이 발생하는 경우에만 만수되어 관로 흐름특성이 나타난다. 개수로 흐름은 Froude수에 의해 상류와 사류로 구분되며, 일반적으로 등류수로로 가정한 후 유출량 또는 수심 등 흐름 변위를 산정한다. 사류인 경우 하수관 출구부에서 등류수심이 발생한다고 가정하면 해석이 용이하지만 길이가 짧은 하수관에서 실험을 수행한 결과 등류조건을 조성하기가 용이하지 않았다. 따라서 등류수심이 발생한다는 가정 하에 개발된 기존 마찰계수 산정식의 보완이 필요하다. 완변이 부등류 해석법을 이용하여 부등류 마찰계수 산정식을 개발하고자 시도하였으며, 이를 등류 마찰계수 산정식의 결과와 비교하였다.