• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.260-260
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• 2021

본 연구의 목적은 다양한 크기의 사립자들로 구성된 비균질 하상으로부터 부유된 유사의 연직방향 농도분포에 난류 감소효과가 미치는 영향을 살펴보는 것이다. 여기서 난류감소효과란 유사의 존재로 인해서 난류의 구조가 변화하는 것을 의미한다. 연구를 수행하기 위하여 난류감소 효과를 고려할 수 있는 비점착성 사립자의 유사이동 모형을 개발하였다. 유사이동 모형에서는 사립자 크기범위를 여러개의 계급구간으로 분할하여 하상재료의 입도분포를 고려할 수 있으며, 하상재료의 구성에 따른 부유사의 농도분포를 계산한다. 개발된 모형의 검증은 실험실 실험자료와의 비교를 통해 수행하였다. 유사이동 모형에서 난류감소 효과를 고려하지 않을 경우 농도와 유속의 연직분포가 과대산정 되는 것이 여러 연구에서 확인된 바 있다. 이에 본 연구에서는 한방향으로의 정류상태 흐름 조건과 다양한 크기가 혼재되어 존재하는 유사 조건을 가정하여 난류구조의 변화와 부유사 농도의 연직분포 변화를 살펴보았다. 연구결과로부터 난류감소 효과를 고려하지 않는 경우에는 부유사의 농도가 과다하게 산정되는 것으로 나타났으며, 불균질한 하상재료로 구성된 하천에서 부유사의 연직방향 유사농도를 정확하게 계산하기 위해서는 난류감소 효과에 대한 고려가 필요하다는 결론이 도출되었다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.57 no.8
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• pp.493-507
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• 2024

RANS-based CFD analysis is widely applied in various engineering fields, including practical hydraulic engineering, due to its high computational efficiency. However, problems of non-physical behavior in the analysis of two phase flow, such as free surfaces, have long been raised. The two-equation turbulence models used in general RANS-based analysis were developed for single phase flow and simulate unrealistically high turbulence energy at the interface where there are abrupt changes in fluid density. To solve this issue, one of the methods recently developed is the buoyancy-modified turbulence model, which has been partially validated in coastal engineering, but has not been applied to open channel flows. In this study, the applicability of the buoyancy-modified turbulence model is evaluated using the VOF method in the open-source program OpenFoam. The results of the uniform flow showed that both the buoyancy-modified k-𝜖 model and the buoyancy-modified k-ω SST model effectively simulated the reduction of turbulence energy near the free surface. Specifically, the buoyancy-modified k-ω SST model accurately simulated the vertical velocity distribution. Additionally, the model is applied to dam-break flows to examine cases with significant surface variation and cavity formation. The simulation results show that the buoyancy-modified turbulence models produce varying results depending on the VOF method and shows non-physical behavior different from experimental results. While the buoyancy-modified turbulence model is applicable in cases with stable surface shapes, it still has limitations in general application when there are rapid changes in the free surface. It is concluded that appropriate adjustments to the turbulence model are necessary for flows with rapid surface changes or cavity formation.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.65-65
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• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• 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 Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.159-163
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• 2008

본 연구에서는 2-방정식 난류모형을 이용하여 사면을 따라 발달하는 하층밀도류의 시간에 따른 이동현상에 대해 살펴보았다. 이를 위해 타원형의 편미분 방정식을 지배방정식으로 구성하고, 난류 완결을 위해 k-$\varepsilon$ 난류모형을 이용하였다. 개발된 모형을 이용하여 경사의 사면을 따라 진행하는 연속 유입 밀도류를 수치모의 하였다. 완전 발달된 하층밀도류의 거리에 따른 주흐름방향 유속 분포, 체적 농도를 계산하였고, 이를 기존의 실험결과와 비교하였다. 실험과 수치모의 결과가 잘 일치함을 확인하였다. 또한, 불연속 유입 밀도류의 시간에 따른 진행 상황을 수치모의하여 밀도류와 주변수체의 경계부에서 Kelvin-Helmholtz 불안정에 의한 와(渦)가 형성되는 것을 확인하였으며, 밀도류 선단부의 진행 속도와 주변수체의 유입에 대해 고찰하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.630-634
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• 2010

최근의 기후변화는 강우강도의 증가로 인한 홍수의 빈도 및 홍수량의 증가로 인한 홍수 피해의 증가를 유발하고 있으며, 갈수기 및 평수기의 유량감소로 인한 수질의 악화와 부유사의 증가로 인한 피해가 증가하고 있는 실정이다. 이러한 피해에 대한 대책으로는 기후변화를 유발하는 전 지구적인 온난화의 대책이 가장 선행되어야 하겠으며, 또한 이수, 치수를 위한 정확한 하천해석을 통한 하천관리가 매우 중요한 실정이다. 하천관리는 경제 산업적 측면에서 중요한 분야이며, 바람직한 하천관리를 위해서는 하천의 거동에 대한 정확한 해석이 필수적이다. 많은 흐름 해석에서 섬이나 하천 구조물의 주위에서 복잡한 2차원적인 하천 흐름의 특성을 잘 나타낸다. 2차원 수치모형들은 이러한 불규칙한 경계면에서 발생하는 난류흐름을 처리하는데 어려움이 있다. 이는 대부분의 실제하천이나 홍수파 해석, 댐 붕괴류 해석, 조수영향과 같은 해안공학의 문제에서도 발생한다. 본 연구에서 개발한 난류해석기법의 적용성을 검증하기 위하여 내부경계가 존재하는 실험하도에 대한 수치모의를 수행하고 결과를 실험치, 해석해와 비교를 통하여 모형의 적용성과 적정 난류교환계수를 선정하였다. 실측치와 비교검토를 통하여 본 연구에서 개발된 2차원 난류해석을 유한요소모형의 적용성을 검증하였다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.12 no.3
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• pp.130-138
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• 2000

The friction factor equation of open channel flow is developed by using Prandtl's mixing length theory and considering the flow characteristics of smooth or rough turbulent flow. BYO model considers vertical velocity profile for the (:omputation of bottom friction of surface waves and current flow. The model computes the mean bottom friction of combined wave-current flow by the vectorial summation of wave velocity and current velocity at Bijker point. The near bottom flow is discriminated by three flow regimes; smooth, transitional and rough turbulent flow. The model, BYO, has been further refined considering the combination of smooth turbulent flow and rough turbulent flow.

• Nuclear Engineering and Technology
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• v.15 no.1
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• pp.50-56
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• 1983

The effect of flow stratification is of particular concern during transient after scram in the outlet plenum of LMFBR. In this case, buoyancy effects on turbulent mixing are of importance to designers. An investigation has been made to identify the appropriate change in the available turbulence models which are necessary to include the effects of buoyancy on turbulence transport equations. The developed physical model of the buoyant turbulent flow are solved through SMAC method. Testing of the developed numerical model was undertaken and compared with experimental results. The results show that the buoyant turbulent effects account for a significant increase in the stability of the stratification, with a strong suppression of turbulence in the outlet plenum.

• 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.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.6 no.3
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• pp.205-215
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• 1994

A 3-dimensional numerical model of wind-induced flows has been established. and comparative evaluation of determination methods of vertical eddy viscosity has been performed. The model uses turbulence models to calculate vertical eddy viscosity. The examined methods arp 0-equation model of functional form, 1-equation model of turbulence kinetic energy, and two 2-equation models ($textsc{k}$-$\varepsilon$ and $textsc{k}$-ι models). The evaluation includes the verification tests against experimental data for wind-driven current On a closed one-dimensional channel and a recirculating one-dimensional channel. Comparative study of turbulence models has shown that the proper distribution of turbulence scale is parabolic and the eddy viscosity is depending strongly on mixing depth due to wind.