• 대한토목학회논문집
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• 제29권3B호
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• pp.231-237
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• 2009

본 연구에서는 2-방정식 난류모형인 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형을 이용하여 2차원적으로 발달하는 하층 밀도류를 모의하기 위한 수치모형을 제시하였다. 타원형 편미분 방정식으로 흐름에 대한 지배방정식을 구성하였으며, 수치기법으로는 유한체적법을 사용하였다. 연구를 통해 개발된 수치모형을 기존의 실험결과와 비교하여 적용성을 검토하였다. 불연속 유입조건 밀도류의 시간별 진행에서 흐름의 불안정에 의한 와(渦)의 발생을 확인하였으며, 진행중인 불연속 유입 밀도류의 진행단계 변화와 선단부 속도의 관계를 살펴보았다. 또한, 무거운 유체 위로 이동하던 주변수체가 벽면을 접하면서 발생된 단파가 밀도류의 진행에 미치는 영향을 수직구조를 통해 살펴보았다. 한편, 개발된 모형을 이용한 수치모의에서 선단부의 진행 속도가 실험보다 느리게 모의되었다. 이는 3차원 현상인 난류의 불안정성을 모의하는 2차원 모형의 한계인 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권1호
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• pp.55-64
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• 2017

본 연구에서는 ULTIMATE 기법을 이용하여 밀도류 층적분 모형의 해석을 위한 수치모형을 제시하였다. 개발된 모형을 경사부와 평탄부로 이루어진 실내 실험에 적용하여 경사부에 유입된 부유사 밀도류의 전파 특성에 대해 분석하였다. ULTIMATE 기법의 범용제한자로 인하여 밀도류의 선단부가 수치진동 없이 비교적 급한 형태로 전파되는 것을 모의하였다. 그리고 사류로 전파되고 수로 끝에서부터 상류로 변화되는 밀도류의 내부 도수 발생 과정을 재현하였다. 이러한 내부 도수는 ULTIMATE 제한자를 사용하면 Courant 수가 1 미만일 때 안정적으로 모의되는 것을 확인하였다. 또한 밀도류의 전파 속도에 영향을 주는 인자에 대하여 분석하였다. 입자의 크기는 $9{\mu}m$ 이하일 때 밀도류의 전파 속도에 큰 영향을 주지 않는 반면, 부력 흐름률은 확연한 영향을 주는 것을 확인하였다. 마지막으로 부유사 밀도류에 의한 하상변동에 대해 검토하였다. 수치모형으로 부유사 밀도류의 전파에 의한 하상변동을 정량적으로 적절히 모의하였으며, 도수로 인한 부유사 연행의 차이와 이로 인한 하상의 불연속적인 형태를 관찰할 수 있었다.