• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1297-1301
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• 2007

홍수위 산정을 위하여 이용되는 기법은 평균적인 홍수위 산정이 가능한 1차원모형과 하천 좌우의 수심 편차까지 해석이 가능한 2차원 모형 및 수심에 대한 변동까지 해석이 가능한 3차원 모형으로 구분된다. 이중에서 기본계획 수립시 사용되는 모형은 1차원 수치해석 모형으로 하천 단면별로 평균홍수위 만을 산정하므로 만곡부하천의 특성의 영향이 반영되지 않고 있는 실정이다. 따라서 본 연구는 만곡부 하천을 선정하여 총2.4Km구간의 모형을 제작하였으며, 수리모형 실험을 통하여 일차원 및 이차원 수치해석을 실시하여 모형실험값과 비교 고찰하였다. 본 연구를 위하여 일차원 수치해석은 HEC-RAS모형을, 이차원 수치해석에서는 SMS모형을 사용 하였다. 연구결과, 유속의 경우 우안지점의 평균 유속은 모형실험은 8.33m/s, 일차원 및 이차원 수치해석은 각각 3.08m/s, 8.57m/s로 나타남을 확인 하였으며, 평균유속은 이차원 수치해석이 모형실험과 유사한 값을 보였다. 또한 수위경우는 모형실험의 좌안과 우안에 대한 일차원 및 이차원 수치해석의 최대 오차는 각각 0.66m, 0.84m와 0.28m, 0.48m로 수위 또한 이차원 수치해석이 수리모형실험과 유사한 결과를 보였다. 따라서 본 연구를 통하여 알 수 있듯이 만곡부 하천의 경우 일차원 수치해석보다는 2차원수치해석을 실시하여 기본계획을 수립하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.541-545
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• 2012

이 연구에서는 SEEP2D 모형을 사용하여 하부에 투수지반을 갖는 제방 내부의 침투흐름에 대한 수치모의를 수행하였다. 제방의 재료는 4대강사업 낙동강 제2하구둑 건설 현장에서 채취한 시료를 사용하였으며, 입도분석과 들밀도시험을 통해 구한 제방의 건조단위중량과 다짐도 및 제방의 투수계수는 각각 $1.372g/cm^3$, 93%, 1.35 m/day이다. 투수지반층과 1:3 비탈경사를 가지는 제방모형을 제작하여 연직 이차원 정상류 침투해석 모형을 해석하는 SEEP2D 프로그램을 사용하여 나온 결과 값을 수리모형 실험 결과 값과 비교하였다. 모의조건은 0.45 m, 0.50 m, 0.55 m, 0.60 m의 4가지 수위(각각 Case1~4)조건에 대하여 수리모형실험과 동일한 조건을 수치모형에 적용하였다. 수치모형의 결과는 실험결과와 비교적 일치하였지만 제방의 비탈사면이 시작하는 부분에서는 수치모형의 결과 값보다 실험결과 값이 작은 것으로 확인되었다. 각각의 조건별로 수치해와 실험 결과값을 비교해본 결과 대체적으로 비슷한 양상을 보였지만 제방의 비탈사면이 시작하는 지점부터 수치모형의 결과 값보다 실험결과 값이 작은 것으로 확인되었다. Case3의 경우 4.35 m 지점부터 6.00 m 지점까지 유출이 발생하였으며 수치모형의 결과값과 실험결과 값의 차이가 가장 작게 나타났다. 사면유출 길이는 Case4에서 가장 길게 나타났으며 최대 4.10 cm로 발생하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.468-473
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• 2004

본 연구에서는 기존의 ㅡ자형, ㄴ자형, ㄷ자형 조파시스템이 경사진 방향으로 가동될 때 발생되는 에너지의 불연속성으로 인한 회절철상이나 구조물에서 반사된 파가 조파판에서 발생하는 재 반사 철상의 단점을 보완할 수 있도록 곡선형태의 조파판을 배치하여 수치실험을 행하였다. 조파판을 곡선형으로 배치시켜 실험 대상물에서부터 반사된 파가 가능한 조파판에 직각으로 부딪치도록 유도하였다. 편미분 격자생성기법을 도입하여 구성된 곡선형 격자망에서 Copeland(1985)의 완경사 방정식을 이용하여 수치해석 하였다. 우선, 1차원 실험영역에서 파를 생성하여 대상구조물에서 반사되어 돌아온 반사파 성분을 조파판에서 흡수하면서 입사파를 생성하는 현상을 재현하였다. 그 후, 실험영역을 2차원으로 확장시켜 조파판을 곡선형으로 배치하여 수치 실험하여 진행파와 회절파의 중첩으로 고안된 해석해와 수치 해를 비교하려다. 그 결과, 기존의 조파시스템에 비하여 에너지 불연속선에서의 회절 현상도 발생하지 않고 반사파 성분을 효율적으로 흡수하는데 효과적임을 알아냈다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.586-591
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• 2009

권 등(2008)은 수면보다 높은 정방형 다열기둥의 수리실험을 수행하여 바닥마찰과 구조물에 의한 흐름저항을 포함하고 항력상호작용계수가 적용된 Manning계수 형태의 상당저항계수 이론식을 제안하였으나 저항체의 횡방향 간격에 대해서는 충분한 연구가 수행되지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 오리피스의 에너지 손실계수를 적용하여 횡방향 간격에 따른 항력상호작용계수식을 제안하였다. 또한 정방형 다열기둥의 다양한 횡방향 간격에 따른 흐름양상을 FLOW-3D를 이용한 수치실험을 수행하여 상당저항계수 n을 측정하였으며 수치실험 결과를 본 연구에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 적용된 이론식과 비교하였다. 이론식과 수치실험 결과는 잘 일치하였으며 이 결과로부터 본 논문에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 유효함을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.59-59
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• 2011

파랑의 전파와 변형에 대한 연구에는 수심방향으로 적분한 2차원방정식인 완경사방정식과 Boussinesq 방정식을 기반으로 한 수치모형을 이용한 연구가 최근까지 가장 활발하게 진행되어 오고 있다. 그러나 실제 구조물의 설계에는 2차원 수치모형에서 고려할 수 없는 수심방향 유속에 기인한 정확도의 문제로 인해 구조물의 형상과 재원을 설계하기 위한 정교한 수치모형실험이 어려워 주로 수리모형실험에 의존해 왔다. 수리모형실험은 실제 현상을 가장 잘 재현해낼 수 있어 신뢰성이 매우 높지만 다양한 실험을 수행하기가 어렵고 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다. 이에 따라 최근 수심방향으로 완전한 운동방정식인 Navier-Stokes 방정식을 푸는 3차원 수치모형에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이론적으로 매우 우수한 모형이긴 하나 정확도 높은 결과를 얻기 위해서는 매우 조밀한 격자를 필요로 하기 때문에 아직까지 막대한 계산시간이 필요하다는 단점이 있으나 컴퓨터 기술이 급격한 속도로 발전하고 있어 Navier-Stokes 방정식 모형의 적용 가능성은 계속 높아지고 있다. 파랑변형을 다루는 수치모형실험을 수행할 때 외부조파를 사용할 경우 구조물이나 지형에 의해 반사되어 나온 파랑이 조파지점에 도달할 때 실험영역으로 재 반사되는 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 내부조파기법의 개발에 대한 연구가 필수적이었으며, 자유수면변위를 변수로 사용하는 모형의 경우 그 연구가 매우 활발하게 진행되어 왔다. 한편, Navier-Stokes 방정식 모형의 경우 자유수면변위를 변수로 사용하는 2차원 모형에 비해 상대적으로 연구가 미흡하였다. 본 연구에서는 기존의 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형에 사용된 연속방정식에 질량 원천항을 추가하는 내부조파기법을 도입하여 3차원 수치모형에서 고립파를 내부조파하고, 급경사에서의 고립파의 처오름 및 처내림 현상을 수리모형 실험결과와 비교 및 분석하였다. 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 엇갈림 격자체계에서 계산하는 동수압 모형으로서, Two-step projection 기법을 사용하는 유한차분모형을 사용하였다. 본 수치모형은 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(spatially averaged Navier-Stokes) 방정식을 계산하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형으로, 난류 모델링을 위해 Smagorinsky LES 모형을 사용한다. 또한, 압력장의 계산을 위해 Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하였으며, 자유수면 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 수치모형실험이 전체적으로 수리모형실험에서 관측한 파랑의 처오름 및 처내림 현상을 잘 재현하고 있는 것으로 나타났으며, 정량적인 비교를 통해 수치모형의 성능을 검증하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1726-1731
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• 2006

Hydraulic and numerical models were applied to design the emergency spillway of ImHa multipurpose Dam. For the numerical model, FLOW-3D was used to evaluate the three-dimensional flow in the spillway. The results of hydraulic model were compared with those of the numerical model which were separated into four zones such as approaching zone, weir zone, transition & tunnel chute zone, and dissipator zone. Moreover, for optimum design of the spillway, the hydraulic and numerical models were performed for the basic plan. Solving the problems of the basic plan, the optimized alternative design was proposed. The numerical models for various conditions of the spillway were performed, which is not always feasible in the hydraulic models. Verified by using the hydraulic models, the optimum alternative design was proposed.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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• 2007.10a
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• pp.365-374
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• 2007

본 논문은 터널의 지반-지보재 상호 거동을 규명하기 위한 연구로서 주지보재인 숫크리트의 균열, 파괴하중 및 변형거동을 실물크기의 갱도모형실험을 통해 확인하고 3차원 수치 해석을 실시하여 각각의 결과를 비교 검증하였다. 갱도모형 실험은 실제 터널과 유사한 크기의 터널을 제작하여 11개 실린더에서 측압조건에 따라 하중을 가하여 실험을 수행하였다. 3차원 수치해석 모델링은 갱도모형실험과 가능하면 같은 조건으로 해석하기 위하여 모형실험으로부터 로드셀 및 LVDT를 통해 얻은 하중-변위곡선이 수치해석 시에도 재현되도록 하여 수행되었다.

• Magazine of the Korea Concrete Institute
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• v.9 no.5
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• pp.217-224
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• 1997

매스콘크리트의 타설시 온도이력을 정확히 예측하기 위해서는 재령별로 민감하게 변하는 시공 및 주변 환경요인을 엄밀히 반영하여 온도이력을 합리적으로 해석하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 시공시에 발생되는 주변환경조건을 고려한 상태에서 온도이력을 해석할 수 있도록 개발된 해석프로그램을 이용하여 주변환경조건에 대한 수치실험을 수행하고자 한다. 수치실험의 목적은 매스콘크리트 타설시 각종 인자가 매스콘크리트의 온도이력에 미치는 영향정도를 정량적으로 파악하여 실제 매스콘크리트의 설계 및 시공시 사전에 콘크리트의 온도이력을 예측하여 효율적으로 관리하는데 있다. 수치실험을 수행한 결과주어진 구조물의 설계조건에 부가하여 타설시기, 타설온도,거푸집조건 및 제거시기, 양생 및 개기온도 등의 시공시 주변환경조건의 영향이 대단히 민감하게 작용하는 것으로 나타났다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.7 no.1
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• pp.33-45
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• 1995

This paper as a sequel to Kang et al. (1994) describes the development of a three-dimensional nonlinear Galerkin-FEM model. Nonlinear advective terms have been incorporated in a manner used by Lardner and Song (1992), that is, using velocities at given nodes computed with linear Galerkin FEM model. The Proposed model is computationally more efficient than previous nonlinear Galerkin models developed by Owen (1980) and Davies (1980) because the model uses a linear shape function as a basis and, furthermore, the similarity transform technique developed by Kang (1994). Two experiments have been carried out to examine effects of nonlinear terms. One is an experiment of wind-driven current in a rectangular basin (Heaps' basin) and the other is an experiment concerning eddy generation behind a jetty with specified downstream and upstream open boundary conditions. The computed Pattern was found to be in good agreement qualitatively with previous model experiments by Stelling (1984).