• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2005.05b
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• pp.976-980
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• 2005

자연하천과 같은 사행수로에서 발생하는 이차류는 흐름 분포를 왜곡시킴으로써, 유사이동, 하상과 제방침식, 하천의 지형변형 등에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 또한, 이차류는 주 흐름방향에 수직으로 발생하기 때문에 자연하천에 유입된 오염물의 횡방향 혼합에도 지대한 역할을 한다. 따라서, 본 연구에서는 사행수로에서 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 $120^{\circ}$인 두 개의 만곡부로 이루어진 사행수로에서 실험을 수행하였다. 실험수로는 직사각형 단면과 자연형 단면 두 가지 형태로 제작하였으며, 자연형 단면 하상은 베타함수를 이용하여 제작하였다. 이차류의 정확한 측정을 위해 3차원 유속측정 장치인 micro-ADV를 이용하였다. 실험조건으로는 직사각형 단면과 자연형 단면에서 평균수심과 유량을 달리하여 실험을 총 12회 수행하였다. 실험결과, 직사각형 단면수로에서의 주 흐름의 최대유속선은 수로의 가장 짧은 경로를 따라 발생하였는데, 이는 Shiono와 Muto (1998)의 결과와 일치한다. 자연형 단면 수로에서의 주 흐름은 직사각형 단면 수로에서의 주 흐름 거동과 비슷한 양상을 보였다. 이것은 실제 자연하천 만곡부에서의 주흐름 거동(최대유속선이 최심선을 따라 발생)과는 상이한 결과였다. 그 첫째 원인은 실험수로의 조도가 일반적인 실제하천의 조도를 상사법칙에 맞게 계산한 값보다 작았기 때문이다. 그리고 두 번째 원인은 실험수로의 하폭대 수심비율은 실제하천의 하폭대 수심비율보다 컸기 때문인 것으로 사료된다. 이차류의 정량적인 분석을 위해 각 측정지점별로 횡방향, 수심방향 유속을 그려본 결과, 직사각형 단면에서는 하나의 셀이 존재하는 반면에 자연형 단면에서는 셀이 두개 존재함을 알 수 있었다. 이는 자연하천에서도 발견되는 현상이다. 실제 자연하천에서는 주 셀이 바깥제방 셀보다 큰 형태를 보이지만, 실험수의에서의 셀의 형태는 주 셀보다 바깥제방 셀이 더 크게 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 조도가 작음으로 인한 것으로 판단된다. 이차류 강도를 계산한 결과, 직사각형 단면 수로의 최대값은 두 번째 만곡 유입부지점(U2)에서 가장 크게 나타났으며. 자연형 단면 수로에서 최대값은 두 번째 만곡을 조금 지난 (U4)지점에서 가장 크게 나타났다. 자연형 단면에서는 하폭 대 수심비가 커질수록 이차류강도가 크게 나왔으나, 직사각형 단면에서는 반대로 나왔다. 그리고, 자연형 단면의 이차류 강도는 직사각형 단면보다 크게 나타났다. 특히, 직사각형 단면의 이차류강도는 첫 번째 만곡부분보다 두 번째 만곡부분이 더 크게 나타나는 현상만 보였지만, 자연형 단면의 이차류 강도는 앞서 언급한 특징 외에 만곡부에서 증가하고, 직선부에서 감소하는 주기적인 형태를 보였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.5B
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• pp.469-479
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• 2006

In order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in meandering channels, the laboratory experiments were conducted in S-curved channels with angle of bend, $150^{\circ}$, and sinuosity of 1.52. The experimental conditions was decided varying average depth and velocity. Under these experimental conditions, spatial variations of the secondary currents in multiple bends were observed. The experimental results revealed that the distribution of primary flow in straight section is symmetric without respect to the experimental condition and the maximum velocity line of the primary flow occurs along the shortest path in experimental channel, supporting the result of previous works. The secondary currents in second bend became more developed than those in first bend. Particularly, the outer bank cell developed distinctively and the secondary current intensity was low at the straight section and high at the bends, periodically. Also, the secondary current intensity at the bends was as twice to three times as that at the straight section, and has its maximum value at the second bend. The turbulent flow characteristics of meandering channel was investigated with turbulent intensity of the primary flow and Reynolds shear stress. It was observed that the turbulent intensity is increasing when the velocity deviation of the primary flow is large whereas Reynolds shear stress increases when both the velocity deviation of the primary flow and the secondary current are large.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.37 no.7
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• pp.527-540
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• 2004

In order to investigate characteristics of the primary flow and the secondary currents in the meandering channel, laboratory experiments were conducted in the meandering channel made up of alterative bends haying 120。 arc angle. Experiments were performed in two types of cross-sections, a rectangular cross-section and a curved cross-section which was made to adopt a beta probability function. Three-dimensional velocity fields were measured using a micro-ADV. As the result of experiments, in case of the rectangular cross-section, the primary flow occurred taking the shortest course, which is similar to the result of previous researches. In case of the curved cross-section, the primary flow was expected to occur along the thalweg. but it occurred almost along the shortest way. This is considered due to effects of bottom roughness and sinuosity Not only a main cell but also a secondary cell of secondary currents were clearly shown by mean of the stream function. The secondary current intensity has the maximum value near the apex of the second bend for cases of both rectangular and curved cross-sections. However, the value of the secondary current intensity for the curved section is slightly larger than that for the rectangular cross-section. Also, in case of the rectangular cross-section, the higher the ratio of width to depth is, the larger the secondary current intensity is.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.400-404
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• 2009

본 연구에서는 곧은 식생과 유연한 식생 및 다양한 수심비를 갖는 개수로 흐름 조건에 대한 수리실험을 실시하였다. 레이저 도플러 유속계를 이용하여 수로 전체 단면의 유속을 측정함으로써, 이차흐름이 평균유속 및 난류량에 미치는 영향을 분석할 수 있도록 하였다. 평균유속의 경우, 수치모의결과와 동일하게 측벽근처에서 최대 유속이 발생하였다. 유속측정자료를 이용하여 침수식생 개수로 흐름의 벡터도를 살펴본 결과, 침수식생 개수로의 경우 일반 개수로 흐름과는 달리 바닥 와 (bottom vortex)가 측벽 근처에서 매우 활발한 것으로 나타났으며, 이로 인해 수로 중앙의 높은 운동량을 가진 유체가 측벽방향으로 이동하고 있음을 확인하였다. 또한 측벽에서 이차흐름으로 인해 발생하는 강한 하강류가 레이놀즈응력 및 난류 강도의 수직방향 분포 형태에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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• pp.404-408
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• 2004

인공순환수로 실험구간에 반구구조물을 설치하지 않은 경우와 설치할 경우의 흐름특성을 분석하기 위하여 수치모의를 수행하였다. 수치모의는 FLUNET가 제공하는 RNG $k-\varepsilon$ 모형과 Reynolds Stress 모형을 사용하였으며 음파유속계(ADV)를 이용하여 측정한 결과와 비교분석 하였다. 수치모의와 실험결과의 상관성을 분석한 길과, RNG $k-\varepsilon$과 Reynolds Stress 모형의 계산결과와 실측값의 상관계수는 반구구조물을 설치하지 않은 경우 0.60 - 0.63, 반구구조물을 설치한 경우 0.75 - 0.78로 큰 차이가 없었다. 그러나 계산반복회수의 경우 RNG $k-\varepsilon$ 모형이 Reynolds Stress 모형에 비하여 2 - 5배 정도 빠르다. 두 모형의 걸과가 크게 차이가 나지 않으므로 순환수로 내의 흐름특성을 분석하기 위한 모형으로 수렴속도가 빠른 RNG $k-\varepsilon$ 모형을 선정하였다. 수치모의 결과와 "흐름 메카니즘에 의한 깔따구의 분포(I)- 실험"의 깔따구 분포경향을 비교한 결과 깔따구는 전반적으로 유속과 난류강도가 작은 곳에 분포하였으며 실험구간에 반구구조물이 있는 경우에는 구조물의 상${\cdot}$하류에 깔따구가 분포하였다. 이차류 또한 깔따구의 분포에 영향을 미친다. 향후 흐름특성에 따른 저서생물의 분포경향을 분석을 위하여 전산유체역학의 기법들을 적용하면 깔따구 등의 저서성 대형무척추 동물의 분포와 흐름특성의 관계를 저렴한 비용으로 분석할 수 있을 것이다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.743-752
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• 2019

The flow in the meandering channel is characterized by the spiral motion of secondary currents that typically cause the erosion along the outer bank. Hydraulic structures, such as spur dike and groyne, are commonly installed on the channel bottom near the outer bank to mitigate the strength of secondary currents. This study is to investigate the effects of submerged vanes installed in a $90^{\circ}$ meandering channel on the development of secondary currents through three-dimensional numerical modeling using the hybrid RANS/LES method for turbulence and the volume of fluid method, based on OpenFOAM open source toolbox, for capturing the free surface at the Froude number of 0.43. We employ the second-order-accurate finite volume methods in the space and time for the numerical modeling and compare numerical results with experimental measurements for evaluating the numerical predictions. Numerical results show that the present simulations well reproduce the experimental measurements, in terms of the time-averaged streamwise velocity and secondary velocity vector fields in the bend with submerged vanes. The computed flow fields reveal that the streamwise velocity near the bed along the outer bank at the end section of bend dramatically decrease by one third of mean velocity after the installation of vanes, which support that submerged vanes mitigate the strength of primary secondary flow and are helpful for the channel stability along the outer bank. The flow between the top of vanes and the free surface accelerates and the maximum velocity of free surface flow near the flow impingement along the outer bank increases about 20% due to the installation of submerged vanes. Numerical solutions show the formations of the horseshoe vortices at the front of vanes and the lee wakes behind the vanes, which are responsible for strong local scour around vanes. Additional study on the shapes and arrangement of vanes is required for mitigate the local scour.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.6B
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• pp.643-651
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• 2008

In the present paper, turbulent open-channel flows over longitudinal bedforms are numerically simulated. The Reynolds- averaged Navier-Stokes equations in curvilinear coordinates are solved with the non-linear $k-{\varepsilon}$ model by Speziale( 1987). First, the developed model is applied to rectangular open channel flows for purposes of model validation and parameter sensitivity studies. It is found that the parameters $C_D$ and $C_E$ are important to the intensity of secondary currents and the level of turbulent anisotropy, respectively. It is found that the non-linear $k-{\varepsilon}$ model can hardly reproduce the turbulence anisotropy near the free surface. However, the overall pattern of the secondary currents by the present model is seen to coincide with measured data. Then, numerical simulations of turbulent flows over longitudinal bedforms are performed, and the simulated results are compared with the experimental data in the literature. The simulated secondary currents clearly show upflows and downflows over the ridges and troughs, respectively. The numerical results of secondary currents, streamwise mean velocity, and turbulence structures compare favorably with the measured data. However, it is observed that the secondary currents towards the troughs were significantly weak compared with the measured data.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.34 no.4
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• pp.148-157
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• 1997

In this paper, the flow around a V-shaped plate positioned against horizontal flow is numerically simulated by using finite volume method and experimentally visualized in two dimensional tank by dye injection method. The upwelling flow artificially induced by V-shaped plate mixes the stratified stagnant flow. It can be applied to mitigate the eutrophication and stratification of sea in the vicinity of offshore structures.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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• pp.8-9
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• 1997

산업의 발달과 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 고효율, 저공해인 가스터빈의 응용범위가 넓어지고 있는 추세이다. 가스터빈 기관의 효율을 높이기 위해서는 터빈 입구온도를 높이는 것이 필수적인데 이는 재질에 의해 제한 받게 되고 이 때문에 효과적인 냉각방법의 필요성이 대두되었다 충돌제트는 국소적으로 높은 열/물질 전달 효과를 얻을 수 있어서 터빈 블레이드 냉각과 연소기 벽면 냉각에 효과적으로 응용 될 수 있다. 이러한 충돌제트의 냉각효과는 제트출구의 초기조건에 매우 민감한데 Kelvin-Helmholts 불안정은 불안정한 자유전단층에서 자연적인 와류생성(roll up)과 개개의 와류고리 형성의 원인이 되고 이 고리의 성장과 병합(pairing)은 제트의 유동특성에 상당히 영향을 미친다. 제트주위에 생성되는 이러한 와류에 의해 제트중심에서 속도와 난류강도가 변하게 된다. 이러한 제트초기의 불안정성은 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치기 때문에 와류의 조절에 의한 충돌 면에의 열 전달 효과 상승을 기대할 수 있다. 이 조절방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 하나는 제트주의 환형관에 이차유동을 가하여 와류를 직접 제어함으로써 자유전단류(free shear layer flow)의 안정성 원리를 이용하여 열 전달을 촉진하는 것이고 다른 하나는 음향여기(acoustic exitation)를 사용하여 제트주위의 와류형성을 조절하는 것인데, 자연적으로 형성되는 와류의 주파수(와류의 고유주파수)나 부조화 주파수(subharmonic)로 음향여기 시키는 경우 제트 주위 와류는 더욱 증폭되고 그렇지 않은 경우 제트주위 와류의 형성이 억제되어 더 긴 제트코어의 길이 및 제트코어 주위에서 작은 크기의 와류들이 형성된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.422-422
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• 2019

최근 낙동강유역에서는 여름철 폭염 및 가뭄의 영향으로 조류대경보가 발령되고 있으며, 급격한 수질환경적 변화가 이루어지고 있다. 녹조중의 하나인 남조류가 만들어내는 마이크로시스틴은 직접 섭취하면 간 괴사까지 일으키는 독성물질로 알려져 있으며, 최근 4대강 녹조 발생 지역에 살고있는 어패류의 체내에 마이크로시스틴이 축적돼 이를 섭취하기만 해도 이차 독성이 나타나는 것으로 확인되었다. 특히 낙동강은 가뭄과 같은 기상학적 영향에 따른 수질환경적 변동특성이 뚜렷하여 수생태에 미치는 피해우려가 크며, 녹조발생에 취약한 유역이라 할 수 있다. 이는 기후변화에 따른 강우의 강도 및 편중으로 영양물질 유출의 증가와 표층 온도 상승과 함께 밀도류에 의해 성층이 심화되면서 표층에서의 극심한 녹조 발생이 이루어지는 것으로 설명할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 연구대상지점으로 낙동강유역을 선정하여 물환경 빅데이터 구축을 통해 상세 유역현황을 파악하고 데이터마이닝 기법을 이용하여 녹조발생에 따른 수질환경적 변동특성 및 영향인자를 분석하고자 한다. 또한 가뭄에 따른 수질환경적 취약지역에 대한 선제적 관리방안을 도출하기 위해 지점별 취약성 평가방안을 제시하고자 한다.