• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.293-293
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• 2018

관망내 흐름의 수치 모델링은 도시 침수 분석, 하수도 관의 손상 탐지 또는 하수도 시스템 설계와 같은 넓은 분야에 적용되는 매우 중요한 문제 중 하나이다. 관망내 흐름상태는 자유수표면이 존재하는 개수로 흐름과 자유수표면이 관내에 존재하지 않는 관수로 흐름, 그리고 개수로 흐름과 관수로 흐름의 경계지점에 혼합흐름상태가 존재한다. 개수로 흐름과 관수로 흐름의 해석을 위해서는 일반적으로 다른 지배방정식의 적용이 필요하며 이는 관망내 흐름해석을 어렵게 만드는 원인 중 하나가 된다. 이러한 어려움을 극복하기 위해서 관망의 흐름해석에는 일반적으로 Preissmann slot 모델이 널리 사용되고 있다. 그러나 그럼에도 불구하고, Preissmann slot 모델의 수치해석 시 수치진동으로 인한 수치적 불안정이 발생하기 쉬우며, 특히 개수로 흐름에서 관수로 흐름으로 넘어가는 혼합흐름상태에서 이러한 수치진동이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 수치진동은 수치적 불안정성을 유발할 뿐만 아니라, 해의 정확성을 크게 저하시킬 수 있다. 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위해 Preissmann slot 모델의 새로운 수치기법을 제안하였다. Approximate Reimann flux solver와 Centred flux solver를 결합하여 하이브리드 해석기법을 개발하였다. 수지진동 발생하기 쉬운 실험들의 모의를 통하여 수치기법의 성능을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.376-380
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• 2004

측벽이 존재하는 개수로 난류흐름에 대한 DNS 자료를 이용하여 난류의 비등방성을 해석하였다. 측벽의 2등분선(sidewall bisector)에서 난류강도의 분포를 통해 바닥과 자유수면에서의 비등방성을 분석하고, AIM을 도입하여 흐름장 전반에 걸쳐 세부적인 비등방성 해석을 수행하였다. 측벽의 2등분선에서의 난류강도의 분포를 통해 바닥과 자유수면 근처에서 난류강도가 강한 비등방성을 갖는 것을 볼 수 있었다. 또한 3개의 다른 영역에서 AIM의 도입을 통해 측벽이나 바닥근처에서는 난류의 비등방성이 구형 관수로 흐름과 유사한 것으로 나타났으나, 개수로 난류흐름의 주된 특성이 velocity-dip phenomena가 존재하는 영역에서는 구형 관수로 흐름과는 달리 천이영역이 존재한다는 것을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2003년도 학술발표회논문집(1)
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• pp.325-328
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• 2003

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
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• pp.50-54
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• 2011

공극률, 슬릿 수 및 두께가 다양한 오리피스 구조물을 대상으로 개수로 수리실험을 진행하여 유공벽의 벽두께에 따른 에너지 손실계수의 변화 및 메커니즘을 연구하였다. 오리피스의 개수로 수리실험을 수행하였으며 다양한 유속조건에서 오리피스의 벽두께에 대한 에너지 손실계수를 측정한 뒤 결과를 권 등(2010)의 관수로 실험결과와 비교하였다. 실험결과 전체적으로 유속에 따라 에너지 손실은 변화하였으며 유속이 감소할수록 에너지 손실은 크게 증가함을 보였다. 유속이 작은 층류구간에서 유속이 감소할수록 에너지 손실은 증가하는 반비례 관계를 보였고 에너지 손실량은 관수로 실험결과와 서로 비슷하였다. 그러나 유속이 강한 난류 구간에서는 에너지 손실이 유속과 무관하게 일정한 관수로 결과와는 달리 유속에 따라 변화하였다. 또한 유속이 약한 흐름에서는 오리피스의 두께 및 슬릿 수에 따라 에너지 손실은 각각 다르게 측정되었지만 유속이 강한 흐름에서는 벽두께 변화와 상관없이 에너지 손실은 거의 비슷하였다. 이 결과로부터 개수로 오리피스의 경우 유속이 강한 구간에서는 오리피스의 벽두께 효과 보다 상 하류 수위차로 발생하는 개수로 효과가 더 큰 영향을 주는 것으로 확인되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.294-294
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• 2023

보나 댐에 설치된 배수관이나 지하에 매설된 상하수도관과 같이 물을 운반하기 위한 관로 뿐만 아니라 유류를 운송하는 관, LPG와 같은 기체를 운송하는 관처럼 유체를 운송할 때 다양한 관로를 사용한다. 그 중 사용범위나 제작에 대한 용이성 등에 의해서 원형관이 주로 사용된다. 따라서 위와 같은 원형관 내의 관수로 흐름분포에 대한 연구는 아주 중요하며 필요하다. 원형관 내 흐름분포는 관에 연결된 펌프 혹은 수조나 저수지의 수위에 의한 관내 압력에 의해 지배되어지며, 관 내부 표면의 거칠기나 관의 꺾인 정도 등 다양한 요인에 영향을 받는다. 본 연구에서는 일반적인 실험결과를 도출하기 위하여 직선의 원형관을 대상으로 실험과 수치모의를 동시에 수행한다. 실험은 높이 3m, 길이 4.5m, 폭 1.5m 수조의 바닥에서부터 0.45m 위에 위치한 1.8m 길이의 아크릴 재질의 원형관이 설치된 수조에서 진행되었으며, 수치모의 또한 동일한 규모에서 수행되었다. 수조의 수위를 변화시켜 여러가지 레이놀즈 수에 따른 관 내 흐름의 변화에 대하여 분석하는 것이 목적이며, 실험결과와 수치모의 계산결과 간의 비교검증을 통해 분석한다. 이 연구에서는 난류의 영향을 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)와 LES(large eddy simulation)을 혼합한 형태인 Hybrid RANS/LES 모형 중 하나인 DES(detacged-eddy simulation)기법을 이용하여 해석함으로써, 빠른 유속으로 인한 관 내의 강한 와(eddy)에 대한 효과를 예측하는데 한계가 있는 RANS 모형과 벽면근처에서의 흐름 해석을 위해 굉장히 높은 격자해상도가 요구되어 계산적 비용 측면에서 효율이 떨어지는 LES 모형의 한계를 극복하고자 한다. DES 모형은 벽에서 떨어진 와에 대하여 LES로 직접해석하고, 벽 근처에서의 흐름에 대해선 난류모형을 통해 모델링함으로써 벽 근처 계산격자와 계산량을 줄이면서 LES와 비슷한 결과를 얻을 수 있다. 실험결과와 수치모의 계산결과 사이의 비교검증을 통하여 관 내 흐름에 대한 수치모의의 적용성을 평가하고 실험에서 측정하기 어려운 난류강도와 압력변동의 상세한 특성을 수치모의를 통해 분석함으로서 관 내 흐름특성에 대하여 자세히 분석하였다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.614-623
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• 2016

스마트워터그리드의 중요한 요소기술로써 그리드(관망)의 설계는 압력, 마찰계수, 마찰속도, 수두손실, 그리고 에너지 경사와 같은 수리학적 매개변수를 추정하는 것이 필수적이다. 특히, 그리드의 마찰속도는 에너지 경사, 마찰계수, 압력, 수두손실 등의 결합에 있어 매우 중요한 인자이다. 그러나 마찰 수두손실, 마찰속도 등 마찰인자를 정확히 산정하는 것은 매우 어려우며, 경험적 마찰 인자는 여전히 약 100년 전에 개발된 공식과 이론을 사용함으로써 산정된다. 따라서, 본 논문에서는 최대유속과 마찰속도 사이의 새로운 공식을 Darcy-Weisbach의 마찰수두 손실공식과 Schlichting 공식 사이의 적분관계 및 회귀분석을 통하여 개발하였다. 개발된 공식을 증명하기 위하여 매끄러운 관 자료가 사용되었으며 제안한 공식은 관측 자료와 비교하여 높은 정확성을 보여준다. 이 연구의 결과는 안정성 향상과 그리드 설계에 사용이 가능할 것으로 판단된다.

• 물과 미래
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• 제23권2호
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• pp.251-263
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• 1990

본 연구의 목적은 도시 유역에서의 표면유출에 의한 맨홀 유입량을 추정하고 관망에서의 흐름을 해석하기 위한 모형을 개발하기 위한 것이다. 각 맨홀로의 유입량은 합리식을 이용한 단순방법으로 유입 수문곡선을 모의하는 방법과 해당유역 특성을 고려한 표면유출 모의에 의한 유입 수물곡선 결정방법이 이용된다. 관망에서의 흐름은 Saint-Venant공식의 dynamic equation에 유한음차분법(four-point implicit method)응 적용하여 동시해법으로 해석하였다. 특히 압력류(surcharge flow)흐름은 관의 상단에 좁고 긴 가상관을 연결시켜 모든 흐름을 개수로 흐름으로 해석가능 하도록 전환함으로써 해석의 단순화를 기하였고, 개발된 USS-slot모형이 부정류 우수관망 흐름을 적절히 모의할 수 있는가를 판별하기 위하여 기존에 연구된 관망에 적용하여 그 결과들을 비교 분석하였다.

• 상하수도학회지
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• 제19권6호
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• pp.758-766
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• 2005

This study was conducted to evaluate the effect of the transverse troughs on hydrodynamic behavior within the a certain full-scale sedimentation basin (flow rate/one basin; $10,000m^3/d$) using CFD simulation and ADV technique. In order to verify the CFD simulation, we measured the factual velocity at 36 points in the full-scale sedimentation basin, whose outlet structure is inadequate, with ADV technique. Both the CFD simulation and the ADV measurement results were in good accordance with each other. From the CFD simulation results of the existing basin, it was investigated that extreme upward flow occurs in the near of two transverse troughs. It was suspected that since the transverse troughs converted the open channel flow into the local closed pipe flow, the increased pressure in this local closed pipe flow region made the extreme upward flow. For solving this problems, it was suggested to modify transverse-typed launder into finger-typed launder and to install a longitudinal baffle in the center in this study. The CFD simulation results of all suggested amendments told us that the extreme upward flow, had occurred especially in the beneath of transverse troughs, was much less in the case of finger typed launder basin than that in the existing basin. Also, it was predicted that installing a longitudinal baffle made the fully developed flow which is more effective for sedimentation.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.627-634
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• 2008

개수로의 난류흐름을 VOF(Volume of Fluid)기법을 채용한 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식 모형을 사용하여 수치모의할 때 벽면함수의 거칠기를 산정하기 위해 고려해야 하는 점들을 연구하였다. 거친 벽면상의 흐름을 위한 벽면함수의 거칠기 상수(roughness constant)는 관수로 흐름의 실험을 통하여 얻어진 값을 사용한다. 그러나 개수로 흐름에서는 이 거칠기 상수가 Froude 수에 따라 변화하므로 이를 고려할 수 있어야 하며, 개수로에서 광범위하게 사용되는 Manning 조도계수에 상응하는 벽면 거칠기 높이(roughness height)를 산정하여 사용할 수 있어야 있다. 본 연구에서는 모형에 입력되는 벽면함수의 거칠기 높이와 Manning 조도계수 사이의 관계를 분석하였다. 이를 바탕으로 수치모형의 특성이 고려되고 Manning 조도계수의 함수로 표현되는 유효 거칠기 높이 산정식을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권4B호
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• pp.357-363
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• 2009

일반적으로 사용되는 관수로의 평균유속을 구하려면 Darcy-Weisbach의 마찰손실수두공식을 사용하면 되나, 그러나 이 식의 마찰손실계수 f는 Reynolds수와 상대조도(${\varepsilon}$/d)의 함수이므로 사용하기에 매우 불편하며 따라서 보다 편리한 식이 요구된다. 이에 본 연구에서 Chiu 유속공식의 신뢰성과 정확성을 증명하기 위하여 관수로에서 비삽입식 유속측정 장치인 레이저 유속계(Laser Doppler Velocimeter: LDV) 및 초음파 유량계(Ultrasonic Flowmeter: U/F), 삽입식 유속측정장치인 피토관 (Pitot Tube)을 이용하여 실측한 유속측정 자료와 Chiu의 공식을 이용한 유속분포가 매우 잘 일치함을 증명하였다. 유량의 증감에 관계없이 실험실 수로에서의 최대유속과 평균유속간의 이론적인 선형관계를 증명함으로써 관수로내 유속의 평형상태, 즉 엔트로피 파라미터 M값에 대응하는 평형상태에 도달하려 하고 이 평형상태를 지속적으로 유지하려고 하는 경향이 있음을 증명하였다. 또한, 한 단면을 대표하는 엔트로피 파라미터 M값이 결정되면 최대유속이 발생하는 지점에서의 유속 측정만으로 단면 전체의 평균유속을 쉽게 구할 수 있고 이로부터 간단히 유량을 산정할 수 있음을 증명하였으며, 이는 추후 관수로 설계 및 운영관리 시 가장 중요한 평균유량을 측정할 수 있는 이론적인 도구로 사용될 수 있음을 의미하는 것이다.