• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2006.05a
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• pp.1661-1665
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• 2006

In a natural river, cross sections of a channel vary according to inner or outer parts of meandering. Generally, depth of outer parts is deeper than that of inner parts. This kind of cross section change by meandering can be demonstrated by Beta distribution. The objects of this research is a 3D simulation of primary and secondary flow in the meandering natural channel. FLOW-3D program, a numerical model using CFD technique, and LES method was used for this research. 3D simulations were conducted in the channels having Beta distribution cross sections which have beds of mortar, gravel and vegetation. Two types of water stages and discharge were applied to each channel. In this research, primary flows are located in the outer parts of a top of bend and secondary flows rotate in the bottom on outer parts.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.558-558
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• 2012

다수의 자연 하천은 유사 이동과 하안의 침식으로 인하여 사행 하천이 발생한다. 사행 하천에서의 이차류는 원심력, 편수위로 발생하는 중력에 의한 압력차, 그리고 난류로 인하여 발생하는 응력으로 인하여 형성되며 나선형 구조 형태로 표면 유속은 외부로 향하고 하천 바닥의 유속은 안으로 향하게 된다. 이러한 2차류의 형성은 주 흐름의 특성을 변형시킨다. 자연하천에서 2차류는 주 흐름의 15-25%의 크기를 가지고 있으나, 하상의 변화, 유사의 이동 등과 연관되므로 2차류의 영향을 정확히 해석하는 것은 수리학적으로 매우 중요하다. 본 연구에서는 사행수로에서 발생하는 2차류 거동을 수치모의를 통하여 수행하였다. 우선 2차류의 분석을 위하여 실험을 통한 결과물을 비교하였다. 자연 하천의 특성을 반영할 수 있도록 서일원(2006)이 수행한 S-자 형태의 실험 수로의 실험 결과를 분석하였다. 수치 모의를 위하여 3차원 전산유체역학 프로그램을 사용하여 사행수로의 2차원 유속 구조를 모의할 수 있도록 하였다. FLOW-3D 프로그램을 이용하여 실험 결과와 모의 결과를 비교할 수 있도록 하였으며 비교 후 보정을 실시하였다. 모의는 주로 LES (Large Eddy Simulation) 모형을 통해 이루어졌으며, 이를 통하여 실험에서 획득한 결과와 비슷한 유속구조 분포를 확인할 수 있었다. 보정 및 검증 후 수치 모의를 통한 유속 데이터를 이용하여 민감도 분석을 실행하였다. 이후로는 수로의 만곡부, 조도, 수심 등 인공수로의 조건을 변경하여 수치 모의를 수행하였다. 보정된 결과를 이용하여 추가적인 모의를 통한 유속 분포 구조의 비교가 이루어졌다. 이를 통하여 각 조건이 이차류의 크기에 미치는 영향을 확인할 수 있었으며, 모의를 통한 유속분포 결과는 대체적으로 실험을 통한 이차류의 연직분포 구조와 일치하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.5 no.4
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• pp.199-209
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• 2018

In river design, consideration of bed shear stresses is necessary to secure stability of levee and floodplain. In this study distributions of bed shear stresses in compound open channels are analyzed through numerical simulation for various width and depth. LES solver in OpenFOAM is applied to 12 cases of compound channel shapes considering secondary flow which effects distributions of bed shear stresses. By the results time averaged velocity distributions, secondary currents, and distributions of bed shear stresses are analyzed. Overall distributions of bed shears in floodplain show that higher shear stresses are seen in left of floodplain and the shears decrease toward right of floodplain. However, high local variations in shear stresses are shown due to the secondary flow effects. In shallow floodplain, bed shear stresses show low value below 0.8 times of averaged bed shear. In deep floodplain, bed shear stresses show high value over 1.2 - 1.4 times of averaged bed shear.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• v.4 no.1
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• pp.54-62
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• 2017

This study investigated compound open channel flow using OpenFOAM Large Eddy Simulation (LES). Large eddy simulations were carried out by solving the filtered continuity and momentum equations numerically. One equation LES and non-uniform grid were applied to capture the anisotropic turbulence and secondary flow near the wall. The results of large eddy simulations of turbulent flow in a compound open channel with deep and shallow flood plain depths are presented. These LESs are validated with experimental data, resulting in a good agreement between measured and calculated data. The role of anisotropic turbulence in generating secondary currents is illustrated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.555-559
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• 2009

난류응력은 순간속도성분을 시간평균성분과 편차성분의 합으로 보고 Navier-Stokes 방정식으로부터 Reynolds 방정식을 유도할 때 나타나게 된다. Reynolds 방정식으로부터 수심 적분된 천수방정식을 유도하는 과정에서 시간 평균된 유속성분을 수심 적분된 유속성분과 편차성분의 합으로 본다면, 분산응력 (dispersion stress)이라고 하는 추가적인 새로운 항이 잔류하게 된다. 점성응력, 난류응력, 그리고 분산응력을 통칭하여 유효응력 (effective stress)이라고 한다. 일반적으로 수심에 비해 수로 폭이 넓은 개수로에서는 유효응력이 흐름특성의 수치 근사해에 큰 영향을 미치지 못한다고 가정하여 2차원 수심적분 모형에서 유효응력을 생략하기도 한다. 또한 유효응력을 적용하더라도, 점성응력이 난류응력에 비해 무시할 만큼 작다고 가정하여 난류응력만을 적용하며, 분산응력은 무시된다. 하지만 만곡부에서는 원심력과 편수위로 인한 횡방향 압력의 불균형이 발생하기 때문에, 만곡부의 이차류가 발생되며, 유속의 연직방향 분포도 일정하지 않게 된다. 따라서 본 연구의 목적은 만곡부의 이차류 특성을 수심적분 2차원 모형에 반영하기 위해 분산응력을 고려한 모형의 개발 및 검증이다. 불규칙한 모의영역을 원활히 나타낼 수 있도록 곡선좌표계를 사용하는 여타 모형들과 달리 유한유소법을 이용하여 수치해를 구하며, 따라서 x, y 좌표축을 사용하는 데카르트 좌표계를 사용하여 지배방정식을 나타낸다. 분산응력의 유 무에 따른 수치결과를 Rozovskii의 $180^{\circ}$ 만곡수로 실내실험 자료와 비교하여 개발 모형을 검증한다.

• 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.

• Water for future
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• v.48 no.9
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• pp.50-56
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• 2015

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.6 no.2
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• pp.10-20
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• 1992

강조류하의 인공 구조물 주변 해저 침식 및 재퇴적 현상을 연구하기 위하여 1987년 8월 24일 부터 9월 26일 까지 경기만에 발달한 조류성 사퇴위에서 현장 실험을 실시하였다. 인공구조물(원통 물체) 주변에 발달한 침식 구조는 전체적으로는 타원형으로 접시모양을 하고 있으며, 후류 및 이차류에 의한 복합 침식작용에 의한 것으로 분석되었다. 아울러 연속적인 침식구조 크기 측정자료를 이용 산술적으로 침식율$(1.5-20m_3/day)$및 재퇴적율(0.13-0.18gr/cm/sec)를 추정하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.209-209
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• 2011

산지하천의 비율이 높은 국내 하천은 주로 만곡도가 높은 사행하천으로 이루어져 있으며, 만곡부가 교호적으로 나타나는 사행하천의 흐름구조는 매우 복잡하다. 산지하천의 특성상 홍수시에는 유속이 매우 빠르게 나타나며 하천의 수위가 상승하게 될 때 만곡부에서의 흐름 회전 방향이 나선형 흐름으로 바뀌어 하류방향으로 주 흐름에 중첩하여 발생하는 이차류로 인해 하도가 불안정해지고 내 외측의 수위차가 발생하는 편수위가 발생하면서 하도 바깥쪽으로 수위가 상승하는 현상이 나타나게 된다. 따라서 집중호우로 인해 하천에서 발생하는 재해는 주로 만곡부를 중심으로 발생하게 된다. 본 연구에서는 이와 같은 만곡부의 외측부에서 발생하는 수위상승으로 인해 제방의 월류 피해와 이차류로 인한 침식피해를 유발하게 되는 문제를 사전에 예측하기 위하여 $90^{\circ}$ 실험하도와 $180^{\circ}$ Sharp 실험하도에 2차원 유한요소 모형인 RAMS 모형을 적용하여 수리특성을 살펴보았으며, 모의 결과에 대한 정확도를 살펴보기 위해 실측자료와 비교 검토하였다. 이와 같은 연구결과는 만곡부에서 발생가능한 제방침식이나 월류로 인한 하천에서의 피해 방지에 크게 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.173-177
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• 2011

만곡도가 높은 하천의 경우 수위가 상승하게 될 때 만곡부에서의 흐름 회전 방향이 나선형 흐름으로 바뀌어 하류방향으로 주 흐름에 중첩하여 발생하는 이차류로 인해 하도가 불안정해지고 내 외측의 수위차가 발생하는 편수위가 발생하면서 하도 바깥쪽으로 수위가 상승하는 현상이 나타나게 된다. 이와 같은 만곡부의 외측부에서 발생하는 수위상승은 제방의 월류 피해와 이차류로 인한 침식 피해를 유발하게 된다. 하천에서의 만곡은 보편적인 현상이며, 흐름의 물리적인 현상으로 인해 발생하는 자연현상이다. 본 연구에서는 만곡수로의 내 외측부에서 발생하는 유속과 편수위 현상과 같은 수리학적 특성을 규명하기 위해 $90^{\circ}$ 하도와 $180^{\circ}$ Sharp 하도와 같은 만곡 실험하도를 대상으로 SMS 모형, RAMS 모형 그리고 CCHE2D 모형과 같은 3개의 2차원 모형을 적용하고 그 결과를 실측자료와 비교함으로써 만곡부에서의 2차원 수리 특성을 살펴보았다. 또한 과거에 개발된 편수위 산정공식들의 적용성을 살펴보기 위해 주요 지점의 실측자료와 2차원 모형의 모의자료를 이용하여 만곡부의 편수위를 산정하여 비교 검토하였다.