• Atmosphere
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• v.29 no.1
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• pp.105-112
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• 2019

Measurements of vertical air motion and microphysics are essential for improving our understanding of convective clouds. In this paper, the author reviews the current research on the retrieval of vertical air motions using the cloud radar. At radar wavelengths of 3 mm (W-band radar; 94-GHz radar; cloud radar), the raindrop backscattering cross-section (${\sigma}b$) varies between successive maxima and minima as a function of the raindrop diameter (D) that are well described by Mie theory. The first Mie minimum in the backscattering cross-section occurs at D~1.68 mm, which translates to a raindrop terminal fall velocity of ${\sim}5.85m\;s^{-1}$ based on the Gunn and Kinzer relationship. Since raindrop diameters often exceed this size, the signal is captured in the radar Doppler spectrum, and thus, the location of the first Mie minimum can be used as a reference for retrieving the vertical air motion. The Mie technique is applied to radar Doppler spectra from the surface-based and airborne, upward pointing W-band radars. The contributions of aircraft motion to the vertical air motion are also described and further the first-order aircraft motion corrected equation is presented. The review also shows that the separate spectral peaks due to the cloud droplets can provide independent validation of the Mie technique retrieved vertical air motion using the cloud droplets as a tracer of vertical air motion.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.473-476
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• 2011

본 논문에서는 열차와 교량의 상호작용과 주행속도에 의해 결정되어지는 진동지속시간과 차체연직가속도 증폭효과를 고려하여 철도교량의 진동사용성 허용처짐을 제시하고자 하였다. 열차가 교량을 통과할 때의 처짐 형상을 사인파로 가정하고 열차와 교량의 상호작용을 진동전달함수로 표현하여 철도교량의 진동 사용성 허용처짐을 유도하였다. 그리고 진동지속시간을 고려하기 위해 연직가속도 허용기준으로서 진동지속시간을 고려한 교량구조물의 진동사용성기준을 사용하였다. 매개변수연구를 통하여 열차 주행속도의 증가에 비례하여 차체연직가속도는 증가하지만 교량최대변위의 변화는 미미함이 확인됨으로 인하여 차체연직가속도 증가와 동반하여 연직가속도 허용기준역시 증가하는 것을 보정할 필요가 있을 것으로 판단하였다. 따라서 전개된 철도교량의 진동사용성 허용처짐식에 매개변수연구를 통하여 가정한 가속도 증폭계수를 적용하여 열차의 증속에 의한 가속도증폭효과를 고려하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.614-614
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• 2012

개수로에서 혹은 수리구조물 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 파악하기 위해서는 연직유속분포 및 수심별 평면유속분포의 측정이 필요하다. 유속분포를 측정하기 위한 방법은 음파 도플러 유속계(ADV:Acoustic Doppler Velocimetry)를 사용하는 방법과 PIV 기법을 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 ADV는 한 지점의 유속을 시간변화에 따라 연속적으로 측정할 수 있어 난류특성의 정량적인 해석에 장점이 있으나 동시간에 여러 지점을 측정할 수 없기 때문에 난류의 공간적인 문제를 해석함에 있어서 한계가 있다. 그러나, 입자영상유속계(PIV:Particle Image Velocity)는 측정하고자 하는 단면에서 연직 횡단면의 유속분포 및 수심별 평면 유속분포 흐름장 측정이 가능하여 난류흐름의 공간적인 문제를 해석하는데 효과적일 뿐만 아니라 영상간의 시간간격을 짧게 하고, 촬영시간을 충분히 길게 한다면 개수로 내 난류특성 분석도 가능하다. 이에 본 연구의 목적은 PIV 기법을 이용하여 매끄러운 하상의 개수로에서 연직유속분포를 측정하고 그 특성을 정량적으로 분석하고자 한다. 본 연구에서는 첫째, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포와 3차원 전자식 유속계를 이용하여 측정한 연직유속분포를 비교 분석하였다. 둘째, 후류법칙에 의해 계산된 연직유속분포와 PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포의 비교를 위해 각각의 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)를 계산하고 비교하였다. 마지막으로 각 흐름 조건에 따라 수심의 변화를 주어 연직유속분포를 PIV 기법으로 측정한 후 개수로의 수심변화에 따른 연직유속의 특성을 분석하였다. 분석 결과, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속 성분에 비해 3차원 전자식 유속계로 측정한 연직유속 성분이 작게 나타났고 바닥에서부터 0.2h 지점까지는 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)가 후류법칙과 잘 맞는 경향을 보였으나 0.2h 지점부터 수표면까지는 유속이 감소하는 현상이 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.391-391
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• 2016

유수동역학적인 요소와 유사의 부유는 서로 상호작용을 주고받으며 다양한 현상을 만들어낸다. 많은 선행연구를 통해 유사 농도 등의 특성이 난류 구조 등의 변화를 야기하며, 변화한 난류 구조 역시 유사의 부유 등에 2차적인 영향을 준다는 점이 확인되었다. 본 연구에서는 가는 유사에 보다 집중하여 유사 부유와 이에 따른 연직구조 특성의 변화를 살펴본다. 본 연구에서는 1차원 연직 모형을 이용하여 수치실험을 수행한다. 본 연구에 이용된 모형은 가는 유사의 특성인 빠른 입자 반응 시간(Particle Response Time)이 가정되는 모형으로 선행연구를 통해 적용성이 검증된 것으로 판단한다. 주요 분석대상은 유사의 농도와 속도경사 간의 관계 등이며, 분석하는 유사 농도 종류는 일반적인 비점착성 유사의 경우에 관심을 가지는 질량 농도에 집중하여 결정된다. 수치실험 수행을 위해서는 정류 흐름, 진동파 흐름 등이 적용되었고 다양한 경우의 가는 유사를 고려하기 위한 실험조건의 변경이 이루어졌다. 수치실험 결과 진동파의 다양한 위상에서 조금씩 달라지는 연직구조가 확인되었다. 이는 보정되는 Schmidt 수의 값과도 연관관계를 가지는 것으로 나타났다. 특히 가는 유사의 경우에도 입자의 크기에 따라 다른 연직구조의 특성이 모의되었으며 이를 통해 수치실험의 경우에도 입자 크기의 고려 하에 매개변수의 보정이 이루어져야 한다는 점을 알 수 있다. 스토크스 수는 입자 반응 시간과 유체 난류 시간규모(Fluid Turbulence Ttime Scale)의 비율을 의미한다. 본 연구를 통해 스토크스 수가 유사의 확산강도 결정과 큰 상관 관계를 가지는 것을 알 수 있다. 이때 유사의 크기와 보정되는 Schmidt 수의 값은 고정되었다. 수치 계산시에 확산계수의 값이 부유 및 이에 따른 연직구조의 특성을 결정하는 중요한 변수라는 점을 고려할 때, 가는 유사의 부유를 모의할 때에는 세심한 주의가 요구된다는 점을 이해할 수 있다. 선행 연구사례를 통해 볼 때 부유하는 입자의 관성력이 Schmidt 수의 결정과 이에 따른 연직 구조의 계산에 큰 영향을 준다는 점을 알 수 있다. 본 연구에서는 스토크스 수를 관성력을 나타낼 수 있는 지표로서 계산하였지만 보다 정량적이고 효율적인 입자 관성력 지표가 제시될 때 효율적인 연구결과의 제시가 이루어질 수 있을 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.475-475
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• 2023

직경 5 mm 이하의 미세플라스틱은 인류 활동에 의해 생산되어 하수처리장 처리수, 우수토구, 도로 분진 등 다양한 경로를 통해 하천에 유입되고 있다. 하천에 유입된 미세플라스틱은 하천흐름을 따라 하류로 이동하여 해양환경에까지 이른다. 미세플라스틱은 수체를 따라 이동할 뿐 아니라 수생생물에 의해 섭식되기도 하여 인체 위해성이 우려되는 상황이다. 특히 서울과 경기도의 주요 상수원인 팔당호는 북한강, 남한강, 경안천이 유입되어 형성되기 때문에 미세플라스틱의 유입에 따른 이송-분산 거동 평가가 중요한 영역이다. 본 연구에서는 준3차원 입자추적기법을 이용한 미세플라스틱 거동해석 모형, MPT-Q3D를 개발하였으며 팔당호 내 미세플라스틱의 거동 특성을 분석하였다. MPT-Q3D 모형은 2차원 흐름해석모형과 연계한 입자의 준3차원 거동해석을 위해 step-by-step computation method를 적용하였으며, 전단류에 의한 입자의 수평거동과 난류확산에 및 침강속도에 의한 연직거동 두 단계 계산과정에 따라 입자의 거동을 해석했다. 전단류는 2차원 흐름해석결과로부터 유속의 연직분포식을 적용하여 생성하였으며, 생성된 전단류에 의해 각 연직층 별 유속이 계산되고 𝚫t 이후 입자의 종, 횡 방향 이동거리를 계산한다. 또한 난류확산에 의한 무작위적 거동 계산을 위해 Gaussian 분포를 따른 난수 생성을 통해 무작위적 거동을 계산했다. 각 연직층에 위치한 미세플라스틱 입자의 종, 횡 방향 거동을 계산한 후 입자의 연직거동을 계산한다. 입자의 연직 위치는 난류확산과 침강속도에 따라 계산되며 침강속도는 미세플라스틱의 밀도 및 직경에 따라 결정된다. 현장 샘플링 결과에 따라 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(Polyester)가 있으므로, 세 종류의 미세플라스틱을 동시에 주입하여 팔당호 내 거동을 분석했다. 남한강, 북한강, 경안천의 유량 차이로 인해 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 대체로 남한강과 북한강의 흐름특성에 영향을 받았다. 경안천의 경우 유량이 낮아 팔당호로 유입되지 못하고 좌안을 따라 하류로 이동됐다. 남한강과 북한강에서 유입된 미세플라스틱은 주로 팔당호 내 소내섬을 거쳐 팔당댐 쪽으로 이동했다. 또한 팔당댐 인근에서는 PP, PE, Polyester 순으로 많은 양이 유입되는 결과가 나타났다.

• Journal of the Korean earth science society
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• v.37 no.7
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• pp.448-464
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• 2016

The purpose of this study is to optimize the parameters related to consensus coherency within the PCL 1300, the operating program of wind profiler, from a validation of wind data between rawinsonde and wind profiler at Chupungryeong ($36^{\circ}13^{\prime}$, $127^{\circ}59^{\prime}$) site in Korea. It is then to analyze the diurnal and seasonal characteristics of the turbulence energy dissipation rate (${\varepsilon}$) in clear and rainy days from March 2009 to February 2010. In comparison of the wind data between wind profiler and rawinsonde during April 22-23, 2010, it was shown in a big error more than $10ms^{-1}$ over the height of 3,000 meters in the zonal (u) and meridional (v) wind components. When removing more than $10ms^{-1}$ in each wind speed difference of u an v components between the two instruments, the correlation coefficients of these wind components were 0.92 and 0.88, respectively, and the root mean square errors were 3.07 and $1.06ms^{-1}$. Based on these results, when the data processing time and the minimum available data within the PCL 1300 program were adjusted as 30 minutes and 60%, respectively, the bias errors were small. In addition, as a result of an analysis of sensitivity to consensus coherency of u and v components within the PCL1300 program, u components were underestimated in radial coherency, instantaneous and winbarbs coherency, whereas v components were overestimated. Finally by optimizing parameters of the PCL1300 program, the diurnal and seasonal means of ${\varepsilon}$ at each height were higher in rainy days than those in clear days because of increasing in the vertical wind speed due to upward and downward motions. The mean ${\varepsilon}$ for clear and rainy days in winter was lower than those of other seasons, due to stronger horizontal wind speed in winter than those in other seasons. Consequently, when the turbulence energy dissipation rates in the vertical wind speed of more than ${\pm}10cm\;s^{-1}$ were excluded for clear and rainy days, the mean ${\varepsilon}$ in rainy days was 6-7 times higher than that in clear days, but when considering them, it was 4-5 times higher.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1987.07a
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• pp.89-97
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• 1987

가로흐름에 방류되는 연직평면부력젤의 젤중심선경로와 온도분포를 실험자료와 기본방정식으로부터 유도된 적분식에 의하여 해석한다. 기본방정식으로부터 적분식의 유도는 상사법칙과 특성길이를 도입하여 연직상향 및 수평방향흐름영역에 대한 차원해석을 하였고, 실험은 속도비(R=Wo/Ua)와 방류밀도Froude수를 변화시키면서 각각에 따른 젤중심선경로와 온도분포를 획득하였다. 속도비 R과 방류밀도Froude수 Fo에 따라 부력젤의 흐름특성은 달라지게 되며, 초기조건(운동량및 부력)에관계없이 부력젤은 항상 운동량지배영역이 존재함을 알 수 있었고 적분식에 의한 역법칙(power law)과 실험 자료는 대체로 일치된결과를 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.357-361
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• 2005

부유사 입자를 난류 흐름 중에 투입하면 유속의 연직 분포를 다소간 변화시키는 것으로 알려져 왔다. 1946년에 Vanoni가 Karman 상수의 감소를 제안한 이후 이것은 상당한 논쟁을 불러 왔다. 본 연구에서는 입자 추적유속계(PTV)를 이용하여 개수로 중의 난류와 유사의 속도를 직접 측정하고, 이 자료를 분석하여 부유사 입자가 개수로 난류의 유속 분포에 어떻게 영향을 미치는 가를 구명하였다. 또한 기존의 연구의 측정 자료들과 그들의 주장을 재검토하였다. 분석 결과 부유사 입자는 Karman 상수를 다소 감소시키는 것으로 나타났다. 이 감소 현상은 물과 유사의 상대적인 속도 분포로 설명할 수 있다. 다만 Karman상수의 감소 정도는 종래의 연구자들이 주장한 것보다 상당히 작다. 이처럼 차이가 나는 이유는 종래의 연구들이 Karman 상수의 산정 방법이나 이용한 자료의 선택에서 문제가 있었기 때문이다. 또한, 난류 중에 투입된 부유사는 마찰 속도에는 그다지 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 1986.07a
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• pp.131-145
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• 1986

흐름수역에서 연직상향으로 방류되는 평면부력\ulcorner의 거동이 연속방정식, 운동량방정식 및 추적물수송식의 기본방정식에 의하여 수치적으로 해석된다. 난류확산에는 Prandtld의 혼합거리이론을 도입한 난류수송모형이 이용된다. 수치해 과정은 기본방정식을 유함수(stream function)식, 와도수송(vorticity transport)식으로 변환한 후, \ulcorner방류속도와, 방류구폭 등으로 표현되는 변수와 흐름을 지배하는 무차원 매개변수를 도입하여 무차원 형태로 표현하는 부분과 successive under-relaxation과 Gauss-Seidel반복법으로 수행하는 부분으로 이루어진다. 적절한 relaxation 계수를 선정하므로써 안정되고 수렴성이 좋은 계산이 수행된다. \ulcorner방류 속도와 가로흐름 속도의 비가 속도비(Velocity ratio)로 정의되며 속도비가 8 - 15의 범위에서 부력\ulcorner으로 인한 주변흐름수역의 속도변화 온도상승범위, 흐름상태(유선) 및 와도가 조사되었으며 \ulcorner의 경로에 대하여 속도비와 방류밀도후르드수의 영향이 또한 조사되었다. \ulcorner중심선의 속도와 온도변화, 국부밀도후르드수의 변화가 구해지며 퍼짐율(dispersion ratio), 확산비(spreading rate)가 방류밀도후르드수, 국부밀도후르드수 및 방류구로부터의 경로의 항으로 해석되었다. 또한 속도와 온도 분포에 상사(similarity)가 존재함이 밝혀졌으며 본 연구와 같은 조건의 범위에서는 Gaussian분포를 이용한 적분형해석(intergal type analysis)이 가능한 것으로 사료된다.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.5 no.1 s.16
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• pp.13-21
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• 2005

Experiments on settling behaviour of fine-grained particles without destroying the large fragile aggregates were carried out in still water with a CCD (Charged Coupled Device)-Camera. The experiments dealt with the measuring of the vertical concentration profile of cohesive particles with a CCD-Camera and the physico-chemical influences (NaCl, density, temperature and pH value) on the vertical distribution of the concentration. The vertical concentration profile of fine suspended particles (alumina and quartz) was possible up to $20,000\;mg/{\ell}$ with a CCD-Camera. The vertical concentration profile of cohesive sediments was on the decrease because of the increasing initial concentration, temperature and salinity. The vertical concentration profile of alumina was on the decrease quicker than quartz with increasing salinity. Furthermore, the pH value affects the settling behaviour of alumina. At a PH value of 4.2 the settling rate of the particles was very low and on the increase until pH 8.9 because of the aggregation behaviour of particles. From the PH value of 9 the average settling velocity was on the decrease.