• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.21 no.1
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• pp.760-767
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• 2020

Sustainable growth of hydroelectric power plants is expected in consideration of climate change and energy security. However, hydroelectric power plants always have a risk of water hammer damage, and safety assurance is very important. The water hammer phenomenon commonly occurs during operations such as rapid opening and closing of the valves and pump/turbine shutdown in pipe systems, which is more common in cases of emergency shutdown. In this study, a computational numerical model was developed using the MOC-FDM scheme to reflect the mechanism of water hammer occurrence. The proposed model was implemented in boundary conditions such as reservoir, pipeline, valve, and pump/turbine conditions and then applied to simulate hypothetical case studies. The analysis results of the model were verified using the analysis results at the main points of the pipe systems. The model produced reasonably good performance and was validated by comparison with the results of the SIMSEN package model. The model could be used as an efficient tool for the safety assessment of hydroelectric power plants based on accurate prediction of transient behavior in the operation of hydropower facilities.

• Computational Structural Engineering
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• v.22 no.4
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• pp.34-39
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• 2009

• Journal of Korean Society of Disaster and Security
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• v.14 no.1
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• pp.9-21
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• 2021

Recently, the importance of eco-friendly power generation facility using renewable energy has newly appeared. Hydropower plant is a very important source of electricity generation and supply which is very important to secure safety because it is commonly connected with multi facility and operated on a large scale. In this study, a scenario-based analysis method was suggested to assess vulnerability of a penstock system caused by water hammer commonly occurred in the operation of hydropower plants. A hypothetical hydropower plant was used to demonstrate the applicability of a transient analysis model. In order to verify reliability of the model, the prediction of pressure behaviors were compared with the results of commercial model (SIMSEN) and measured data, then a real hydroelectric power plant was applied to develop all potential water hammer scenarios during the actual operation. The scenario-based simulation and vulnerability assessment for water hammer in the penstock system were performed with internal and external load conditions. The simulation results indicated that the vulnerability of a penstock system was varied with the operating conditions of hydropower facilities and significantly affected by load combination consisting of different load scenarios. The proposed numerical method could be an useful tool for the vulnerabilityty assessment of the hydropower plants due to water hammer.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.4
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• pp.325-334
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• 2007

In this study, a long-term unsteady simulation model has been developed using rigid water column theory which is more accurate than Extended-period model and more efficient comparing with water-hammer simulation model. The developed model is applied to 24-hours unsteady simulation considering daily water-demand and water-hammer analysis caused by closing a valve. For the case of 24-hours daily simulation, the pressure of each node decreases as the water demand increase, and when the water demand decrease, the pressure increases. During the simulation, the amplitudes of flow and pressure variation are different in each node and the pattern of flow variation as well as water demand is quite different than that of KYPIPE2. Such discrepancy necessitates the development of unsteady flow analysis model in water distribution network system. When the model is applied to water-hammer analysis, the pressure and flow variation occurred simultaneously through the entire network system by neglecting the compressibility of water. Although water-hammer model shows the lag of travel time due to fluid elasticity, in the aspect of pressure and flow fluctuation, the trend of overall variation and quantity of the result are similar to that of water-hammer model. This model is expected for the analysis of gradual long-term unsteady flow variations providing computational accuracy and efficiency as well as identifying pollutant dispersion, pressure control, leakage reduction corresponding to flow-demand pattern, and management of long-term pipeline net work systems related with flowrate and pressure variation in pipeline network systems

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.200-200
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• 2019

본 연구에서는 실제 가압장 및 가압장후단부의 상수도관망에 발생가능한 수충격해석을 수행하고 신뢰성해석을 수행하여 파괴확률을 정량적으로 산정하였다. 이를 위해 가압장의 펌프운영조건을 다르게 적용하였고 관말단부의 압력센서를 이용하여 토출압을 선택적으로 운영하면 수충격의 규모도 작아지고 파괴확률도 대폭 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 가압장의 토출압을 선택적으로 운영하기 위해서는 관말단부에 필수적으로 충분한 수압이 존재해야하며 이를 위해서 실시간 모니터링이 가능한 압력계를 설치하게 된다. 이 압력계로부터 수신되는 데이터를 통하여 펌프의 운영이 이루어지고 최소한의 에너지 사용을 통해 효율을 증대하고 피해율도 저감하게 된다. 본 연구에서 개발된 센서기반 펌프운영시스템이 적용된 실제 상수도관망은 현재 가압장의 운영조건으로 24시간 75m의 펌프 토출압을 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 수압이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말단부에 충분한 수압을 전달하기 위한 것이지만 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프토출압을 75m와 60m로 선택적 운영을 할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성해석모형을 사용하여 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 가압장의 운영조건을 최적화하여 효율은 증대하고 피해율을 저감할 수 있는 방법을 찾을 수 있었다. 이를 위해서 가압장의 인버터 설치는 물론이고 펌프의 최적운영을 위해 개발된 펌프운영 프로그램을 가압장 배전반에 장착하여 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 과도한 수압으로 인해 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서는 기존의 펌프장 토출압으로 운영되었을 때와 비교하여 에너지 절감율을 정량적으로 산정하여 비교분석하였다. 가압장 후단의 작은 마을을 대상으로 하여 절감된 전기요금은 적은 양이라 할 수 있겠으나 개발된 시스템을 전국에 적용한다면 에너지 절감으로 인한 경제적 파급효과는 크다고 할 수 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.54 no.8
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• pp.589-597
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• 2021

In this study, corrosion depth equation was suggested according to real measured corrosion data, and then management indexes of pipe network which can determine the deterioration rate and safety rate has been established and applied to real pipe networks. Furthermore, reliability analysis and management index analysis have been conducted to estimate and compare the deterioration rate. From the results of reliability analysis, it was found that probability of failure of 200 mm steel pipe can be increased from 4.36% at present time to 8.23% after 20years at Gaduk and from 7.35% to 12.99% at Nami. From the results of management index analysis, it was found that deterioration rates of Gaduk and Nami are 1.009 and 1.174, respectively. Priority of improvement and replacement of water pipe can be determined by results of reliability analysis and management index analysis.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.287-291
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• 2015

본 연구에서는 두 지역의 실제 상수관망에 대해서 부정류해석을 수행하였고 각각의 상수관망에 필요한 부정류피해 최소화방안을 제시하였다. 첫 번째 대상지역은 베트남 호치민으로 148개 절점과 162개의 파이프로 이루어진 소블럭 상수관망이며 두 번째 대상지역은 파주시 광탄면으로 512개 절점과 527개의 파이프로 이루어진 세 개의 소블럭 상수관망이다. 두지역의 상수관망은 지형적면이나 규모면에서 다른 모습을 하고 있기 때문에 부정류해석 시 발생가능한 피해유형이 틀린 것으로 나타났다. 호치민의 경우 배수지의 높이가 낮고 도시 내 표고차가 없어서 관망 내 평균수압이 $1kg/cm^2$을 약간 상회하는 수준으로 수압이 낮고 수압차 역시 작다. 따라서 상수관망에서 일어날 수 있는 소요수량의 변화나 소화전 사용과 같은 작은 변화에도 역류발생이 빈번히 일어나는 것으로 나타났으며 역류발생이 잦은 파이프를 선정할 수 있었다. 상당히 많은 파이프에서 단기간 역류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 짧은 기간에 발생하는 변화에 대한 단기간 역류는 교차연결(Cross-Connection)의 문제를 야기할 수 있다. 따라서 역류발생이 빈번히 일어나는 파이프 주위에 check valve나 역지밸브등의 설치를 통해 역류로 인한 피해를 최소화할 수 있다. 파주시 광탄면 지역의 소블럭 집합으로써 고저차가 많은 지역이다. 배수지 밸브개폐 시 발생 가능한 수충격에 대한 시뮬레이션과 펌프장정지로 인해 발생할 수 있는 수충격에 발생 시뮬레이션을 수행하였고 관망내에서 자주 발생하는 밸브개폐로 인한 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 광탄의 경우 수충격 발생위험 지점은 배수지 근처로 나타났고 수격압이 최대 $2.5kg/cm^2$에서 $3.0kg/cm^2$까지 발생 가능한 것으로 나타났고 밸브개폐시간이 1-2초 지연되어도 상당히 큰 수격압을 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 수충격압이 크게 발생할 수 있는 지역에 수충격피해 최소화를 위해 surge tank와 같은 장치를 설치해야 한다. 또한 발생가능한 수격압의 크기를 통계적기법을 통해 확률밀도함수로 나타낼 수 있었다. 이 결과는 앞으로 상수관망의 설계나 운영에서 수충격피해 방지 장치 및 설비를 시공할 때 장치의 규모나 용량을 결정할 때 유용한 정보가 될 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.290-290
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• 2018

본 연구에서는 수충격으로 발생할 수 있는 실제 상수도관망의 피해율을 신뢰성해석을 통해 정량적으로 비교분석하였다. 이를 위해서 먼저 실제 상수관망에 대한 수충격해석을 수행하였는데 기존의 가압장 운영조건을 적용하였고 가압장의 선택운영조건을 변경하여 수충격해석을 수행하였다. 이 결과물을 토대로 신뢰성해석을 수행하였고 두 조건에 대하여 정량적인 파괴확률을 산정할 수 있었다. 본 연구에서 사용된 실제 상수관망은 가압장의 운영조건으로 24시간 75m 수두를 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 유량이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말부에는 적정할 수 있으나 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프압력수두를 75m와 65m로 선택적 운영을 가정하였다. 이로 인한 관말부의 압력이 수도압력으로 충분한 15m를 계속 유지하는 것을 확인하였으며 수돗물 사용량이 적은 야간에는 가압장의 수두를 낮추는 방법으로 선택적 운영조건을 사용하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성 해석모형을 사용하여 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 가압장의 운영조건을 최적화하여 효율은 증대하고 피해율을 저감할 수 있는 방법을 찾을 수 있었다, 이를 위해서 가압장의 인버터 설치는 물론이고 펌프의 최적운영을 위한 프로그램을 장착하여 가압장을 운영한다면 보다 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다.

• Land and Housing Review
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• v.13 no.1
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• pp.141-150
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• 2022

Responding to the increasing demand for research on seismic resistance of structures triggered by a large-scale earthquake in Korea, the Ministry of the Interior and Safety revised the typical application of the existing seismic design standards with the national seismic performance target enhanced. Therefore, in this paper, the dam body of the aged Test-Bed and the penstock with fluid were modeled by the three-dimensional finite element method by introducing several variables. The current seismic design standard law confirmed the safety of the dam structure and penstock against seismic waves. As a result of the 3D finite element analysis, the stress change due to the water impact of the penstock was minimal, and it was confirmed that the effect of the hydraulic pressure was more significant than the water impact in the earthquake situation. When the hydrostatic pressure is in the form of SPH, it was analyzed that the motion of the fluid and the location of stress caused by the earthquake can be effectively represented, and it will be easier to analyze the weak part. As a result of the analysis, which considers penstock's corrosion, the degree of stress dispersion gets smaller because the penstock is embedded in the body. The stress result is minimal, less than 1% of the yield stress of the steel. In addition, although there is a possibility of micro-tensile cracks occurring in the inlet of the dam, it has not been shown to have a significant effect on the stress increa.

• Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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• v.27 no.4
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• pp.479-487
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• 2013

This study was to investigate characteristics for the pressure wave propagation and the maximum pressure near a rapid closure valve which was installed the end of multi piping network. The multi piping network consists of one inlet and three outlet with straight pipes. The diameter of the pipes including the valve was 100 mm, 80 mm, 80 mm respectively. The valve was rapidly closed with the instantaneous time which was 0.023s in the level for the water hammer. For the simulation, the influence of the pipe thickness and deformation due to pressure-wave-propagation was not considered. CFD was conducted under the following condition : the initial pressure was 1bar in the inlet and the mass flow rate was 7.83 kg/s in the outlet(the velocity in the pipe with 100 mm diameter was 1 m/s). As the valve have conditions that were status with and without fluid flow in the pipe after valve closing, the maximum pressure change and the frequency analysis were examined. As the results, the case that was status with fluid flow appeared the higher maximum pressure than another's, the maximum frequency band was about 10 ~ 11 Hz.