• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.367-371
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• 2005

본 논문에서는 수리실험을 통해 개수로의 바닥 조건에 따른 평균흐름 및 난류구조, 그리고 고유구조의 특성을 연구하였다. 레이저 도플러 유속계를 이용하여 2차원 순간속도를 측정하였다. 측정된 평균유속, 레이놀즈응력, 난류강도, 와점성계수, 혼합 길이 등의 난류량을 기존에 제시된 경험식과 비교하였으며 기존 연구 결과와 유사함을 확인하였다. 사분면 기법을 이용하여 개수로 흐름의 고유구조를 살펴본 결과, 분출 및 쓸기 현상의 발생 확률이 다른 상호작용에 비해 지배적임을 확인하였다. 고속 푸리에 변환을 통한 스펙트럼 분석을 통하여 에너지 폭포 현상 및 난류 와의 미시 및 거시 특성크기를 파악하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.21 no.2
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• pp.136-143
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• 1997

직경 비가 0.56인 이중동심관에 내외측모두 매끈한 벽면, 벽면 거칠기를 안측, 외측, 그리고 양측 모두의 4경우에 대한 난류 유동과 열전달특성을 실험과 이론으로 연구하였다. 시간평균속도분포, 마찰계수, 그리고 최대 속도 지점과 전단응력이 0인 지점들을 피토튜브와 X형 열선 풍속계로 측정하였다. 이중동심관내에서 4가지 경우에 따른 사각돌출형 거칠기효과가 난류 유동과 열전달에 미치는 영향을 수정난류모델을 기초로 하여 연구하였다. 직경비, 거칠기 위치, 레이놀즈수, 그리고 프란틀수 등의 여러 변수에 의해서 난류 유동과 열전달을 고찰하였다. 본 연구는 전체적 효율 측면에서 유리하게 열전달율을 향상시킬수 있는 거칠기 구조를 밝혔다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.134-134
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• 2011

3차원 난류 부력젵의 혼합을 큰 와 모의(large-eddy simulation) 기법을 이용하여 수치모의 한다. 개발된 수치모형은 3차원 열동수역학 모형을 이용하여 부력젵의 퍼짐, 자기 보존 그리고 주변류의 연행 등을 포함하는 난류젵의 동적 특성을 분석할 수 있다. 수치해석에서 하부격자규모 (subgrid scale, SGS) 난류 응력은 부력항을 수정한 Smagorinsky 모형을 이용한다. 여과된 엔탈피 수송방정식에서 하부격자규모의 스칼라 플럭스는 상수의 SGS Prandtl 수를 가지는 단순 경사수송 가설에 근거하여 모의한다. 계산된 결과를 실험결과와 비교하며, 결과는 양호하게 일치함을 보여준다. 계산결과에 따르면 부력항의 수정이나 SGS 난류 Prandtl 수는 결과에 큰 영향을 미치지 않지만 SGS 모형 상수인 Cs 값은 부력젵 확산 예측에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1997.10a
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• pp.567-572
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• 1997

범용 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics) 코드인 CFX-F3D를 이용하여 봉 다발에서의 난류 유동 수치해석을 수행하였다 3$\times$3 봉으로 구성된 부수로 사이의 난류 횡류(Crossflow) 혼합유동과 평행한 4개의 봉으로 이루어진 벽 수로에서의 난류 유동구조를 수치적으로 분석하여 각각의 실험결과와 비교하였다. 부수로 횡류 혼합유동의 경우 예측된 주 유동방향 평균 속도분포는 실험결과와 잘 일치하였으나 벽면과 인접한 부수로에서의 난류강도 분포는 다소 큰 차이가 나타났다. 백수로의 경우 수로 중심선 근처의 주 유동방향의 속도변화는 크게 예측되었고 벽 전단응력은 유로가 협소해지는 영역에서 낮게 예측되었으나 전반적으로 실험결과와 유사한 유동특성을 나타냈다. 이 연구는 봉 다발에서의 난류 유동구조에 대한 이해를 증진시킴과 더불어 CFX-F3D 코드를 평가함으로써 향후 지지격자와 임계열유속 증진장치가 부착된 복잡한 형상의 핵연료 다발에서의 유동장 수치해석의 기반을 마련하였다.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.13 no.6
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• pp.1-8
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• 2019

The synthetic turbulence generation model for inlet boundary conditions of subsonic Backward Facing Step (BFS) was investigated. The average u-velocity and Reynolds stress at inlet boundary follows experimental data. Synthetic Eddy Method (SEM), random noise, and uniform flow conditions were implemented relative to the synthetic turbulence generation method. A three dimensional Large Eddy Simulation (LES) was applied for turbulent flow simulation. Turbulent and mean flow characteristics such as flow reattachment length, velocity profiles, and Reynolds stress profiles of BFS were compared with respect to the turbulent effects.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.5
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• pp.581-592
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• 2000

Turbulence structure and suspended sediment transport capacity in vegetated open-channel flows are investigated numerically in the present paper. The $\textsc{k}-\;\varepsilon$ model is employed for the turbulence closure. Mean velocity and turbulence characteristics including turbulence intensity, Reynolds stress, and production and dissipation of turbulence kinetic energy are evaluated and compared with measurement data available in the literature. The numerical results show that mean velocity is diminished due to the drag provided by vegetation, which results in the reduction of turbulence intensity and Reynolds stress. For submerged vegetation, the shear at the top of vegetation dominates turbulence production, and the turbulence production within vegetation is characterized by wakes. For emergent condition, it is observed that the turbulence generation is dominated by wakes within vegetation. In general, simulated profiles compares favorably to measured data. Computed values of eddy viscosity are used to solve the conservation equation for suspended sediment, yielding sediment concentration more uniform over the depth compared with the one in the plain channel. The simulation reveals that the suspended load decreases as the vegetation density increases and the suspended load increases as the particle diameter decreases for the same vegetation density.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.138-138
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• 2011

식생된 개수로에서 식생의 영향을 파악하기 위해 k-$\in$ 난류 모형을 이용하여 수치모의를 하였다. 식생의 영향을 고려하기 위해 항력항을 추가한 지배방정식을 구성하였으며, 지배방정식을 해석하기 위하여 유한체적법을 사용하였다. 수치모의에서 구한 식생된 개수로의 흐름구조를 기존의 수리실험 결과와 비교하여 비교적 잘 일치함을 확인할 수 있다. 난류의 생성과 소멸을 수치모의한 결과, 부분구간 식생된 경우 식생높이 보다 낮은 구간에서는 후류에 의한 난류 생성이 지배적이며, 식생높이보다 높은 구간에서는 주로 마찰에 의한 난류 생성이 지배적임을 보였다. 기존의 연구들은 식생의 영향을 고려하여 개수로의 흐름을 연구한 예는 드물며, 현재까지 진행되어진 국내의 연구는 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서의 흐름 구조를 모의하였다. 따라서 난류흐름을 모의하는데 가장 보편적인 k-$\in$ 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서 수직방향으로의 흐름구조와 식생의 영향을 해석하는 것은 그 자체로도 의미 있는 연구이며, 앞으로의 환경수리 문제를 해결하기 위해 선행되어야 하는 연구이다. 식생된 개수로에서의 난류구조와 부유사 이동에 대한 식생의 영향을 비정상 1차원 수직모형으로 해석하였으며, 폐합문제를 위해 2-방정식인 k-$\in$ 난류모형을 사용하였다. k-$\in$ 난류모형에 식생에 의한 항력항을 더하여 지배방정식을 구성하였다. 수직방향에 대해 흐름방향 유속 u, 난류에너지 k, 그리고 난류에너지 소산율 $\in$의 분포를 구하고, 부유사에 대한 수송방정식을 풀었다. 식생된 개수로와 식생되지 않은 개수로에서의 유속분포, 난류강도, 레이놀즈 응력 분포와 난류의 생성과 소멸을 구하여 식생이 난류흐름에 미치는 영향을 분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.3
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• pp.813-820
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• 2014

This study presents a numerical modeling of mean flow and turbulence structures of partly-vegetated open-channel flows. For this, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with vegetation drag terms are solved numerically using the non-linear k-${\varepsilon}$ model. The numerical model is applied to laboratory experiments of Nezu and Onitsuka (2001), and simulated results are compared with data from measurement and computations by Kang and Choi's (2006) Reynolds stress model. The simulation results indicate that the proposed numerical model simulates the mean flow well. Twin vortices are found to be generated at the interface between vegetated and non-vegetated zones, where turbulence intensity and Reynolds stress show their maximums. The model simulates the pattern of the Reynolds stress well but under-predicts the intensity of Reynolds stress slightly.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.3
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• pp.833-840
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• 2014

This study presents numerical simulation of turbulent flows in a rectangular open-channel that has a width-to-depth ratio of 2 using the source code provided by OpenFOAM. Large eddy simulations are carried out by solving the filtered continuity and momentum equations numerically. For the non-isotropic residual stress term, Smagorinsky's (1963) model is used. The flow in the open-channel whose width-to-depth ratio is 2, from experiment of Tominaga et al. (1989), is simulated numerically. Simulation results are compared with measured data by Tominga et al. (1989) and Nezu and Rodi (1985) and with LES data by Shi et al. (1999). Comparisons revealed that the model simulates the mean flow and turbulence statistics well. Specifically, the model reproduced the inner secondary currents located at the corner of sidewall and free surface successfully. In addition, the vortical component of turbulence intensity shows bulged contours towards the bottom edge.