• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.244-244
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• 2021

난류흐름 거동은 지형이나 수공구조물과 같은 고체 경계면의 변화에 민감하게 반응하며 특징 또한 다양하다. 보나 여수로 등과 같은 단차 구조물을 통과하는 흐름은 구조물의 모서리 같은 흐름 경계면이 급변하는 지점에서는 흐름분리(flow separation)가 발생하는 것이 특징이다. 이러한 흐름분리로 인해 전단층이 발생하며 흐름 재순환(recirculation)이 구조물 하류부에 형성된다. 이 연구에서는 낙차공 형식의 단차 구조물 하류부에서의 흐름 거동을 이해하기 위해 CFD모델링을 통하여 계산된 3차원 유동장을 분석한다. 난류 모의는 하이브리드 LES(large-eddy simulation)/RANS 계산 기법인 IDDES(improved delayed detached-eddy simulation)기법을 적용한다. IDDES의 기본 모형으로는 k-ω SST모형과 Spalart-Allmaras모형을 이용하여 두 모형의 성능을 평가한다. 자유수면의 변동은 VoF(volume of fluid)기법을 이용하여 계산하며, 각 지배방정식은 최소의 수치분산을 유지하면서 수치해의 안정성을 확보할 수 있는 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 이산화하였다. 수치해석 결과는 레이놀즈수 23,400과 후르드수 0.22의 조건에서 기존에 계측된 자료와 비교하여 수치모형의 정확도를 평가하고 하상 단차 하류부에서의 흐름 거동 특성을 분석한다. 계산 결과는 공학적으로 널리 사용되는 RANS 수치모의에서 볼 수 없는 전단층과 난류구조의 동적 거동 특성과 이에 따른 레이놀즈 응력분포의 특성을 설명해준다.

• 대한토목학회논문집
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• 제8권3호
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• pp.91-100
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• 1988

하루에 두번씩 10m의 진폭을 가지고 조위(潮位)가 계속해서 변화(變化)한다고 가정하여 한 대표적인 호안제(護岸提) 단면에 대해 사면안정해석(斜面安定解析)을 행한다. 조위(潮位)가 변화(變化)하는 동안 호안제내(護岸提內) 간극수압(間隙水壓)의 변화(變化)는 전산 프로그램 "FLUMP"에 의해 수행되며 이 프로그램은 포화(飽和)흐름은 물론 비포화(非飽和)흐름과 비정상(非正常) 흐름까지 고려될 수 있도록 짜여져 있다. 이 프로그램으로 얻어진 결과는 조위변동시(潮位變動時)의 자유수면(自由水面) 변화(變化)와 정(正) 및 부간극수압(負間隙水壓)의 크기와 분포를 명확하게 결정할 수 있음을 보여주고 있다. 조위(潮位)가 최저(最低)까지 내려갔을 때 제체내(堤體內) 어느 부분에서는 압력수두(壓力水頭)가 자유수면(自由水面)의 높이보다 더 높게 나타난다. 즉 이것은 조위변동(潮位變動)을 받는 호안제(護岸堤)의 일부에 과잉간극수압(過剩間隙水壓)이 발생함을 의미한다. 또한 부간극수압(負間隙水壓)이 나타나는 불포화영역(不飽和領域)이 조위강하시(潮位降下時)에 일시적(一時的)으로 발생한다. 이 불포화영역(不飽和領域)의 흙의 전단강도(剪斷强度)는 간극수압(間隙水壓)이 정(正)의 상태로부터 부(負)로 바뀔때 증가(增加)되며 이 값은 Fredlund 등이 제안한 방법에 따라 결정될 수 있다. 호안제(護岸堤) 사면(斜面)의 안정해석(安定解析)에 있어서는 조위변동시(潮位變動時) 발생되는 과잉간극수압(過剩間隙水壓)과 불포화영역(不飽和領域)의 부간극수압(負間隙水壓)이 반드시 고려되어야 한다는 것을 이 논문에서 강조하고 있다. 이것들이 고려되었을 때 임계활동원은 조위(潮位)가 최저(最低)로 되었을 때 얻어지는 자유수면(自由水面)보다 아래에 존재하는 것 같다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.609-609
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• 2012

각종 하천 정비, 개발 등의 사업의 증가와 함께 홍수 등 자연재해의 취약지점으로 주목 받고 있는 하천 합류점에 대한 관심도 높아 가고 있다. 본 논문에서는 특히 자유 수면의 재현을 위하여 3차원 유한요소법 기반의 레블셋 기법을 이용하여 합류부의 수리 특성을 모의하였다. Navier-Stokes 방정식의 공간차분에는 Characteristic Galerkin 기법을, 시간차분에는 Fractional Four-step 기법을 적용하였다. 상류와 사류 상태 모두에 대하여 실험 결과에 근접하는 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.53-57
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• 2009

개수로에서 발생하게 되는 분류흐름에는 많은 특성들이 나타나게 된다. 특히, 지류부의 내측 벽면을 따라서 이차류 흐름이 나타나 토사나 오염물 등의 퇴적물 침전을 일으키는 분리구역이 발생하게 된다. 분류흐름에서 발생하는 분리구역의 특성을 연구하기 위해 상류흐름에서의 자유수면 및 유속을 계산할 수 있는 이차원 천수방정식 수치모델인 RMA2를 이용하였다. 수치모의 결과는 Hsu 등(2002)의 실험결과와 비교하여 잘 일치함을 알 수 있었다. 수치모의를 통해 유량비에 대한 분리구역의 크기 관계를 제시할 수 있었다. 그리고 분리구역의 크기를 줄이기 위해 본류와 지류가 만나는 모서리 지점을 곡선과 대각선으로 연결하여 유수흐름을 완만하게 만든 지형들을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• 대한지하수환경학회지
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• 제6권4호
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• pp.188-193
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• 1999

지하 대수층에서의 오염물질 이동현상은 지하수 유동에 좌우되며 이를 지배하는 수리지질 파라미터의 결정과 그에 따른 지하수 모델링은 지하수 복원사업에 중요한 역할을 한다. 본 연구의 목적은 실험실 규모의 자유면 대수층에서 획득된 투수계수와 비산출량을 이용하여 다양한 경계조건하에서 지하수 흐름에 대한 민감도 분석을 수행하므로써, 최적의 수리상수를 결정하고 지하수 유동 특성을 파악하는데 있다. 연구결과 모사된 수위저하는 경제조건과 무관하게 관측된 수위저하보다 적게 나타났으며. 투수계수가 비산출율보다 지하수 흐름에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 물수지 분석결과 양수시험시 관측정에서 측정된 수위저하는 평형수위나 모사 수위저하보다 크게 나타났으며, 이는 대수층과 우물에서의 수위가 상이함을 지시한다. 이러한 수위의 상이성은 시간영역 광전자파 분석기에 의한 지하수면과 모세관대에서의 수분함량을 관측함으로써 규명되었으며 이는 지하수면 하강시 중력배수의 지연성에 기인하는 것으로 나타났다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.41-49
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• 1997

작은 파 기울기(Ak=0.01)를 갖는 Stokes 파/평판의 경계층 및 반류에 대하여 엄밀 및 근사 자유표변 경계조건을 적용하여 Navier-Stokes 식을 수치해석하였다. 거시유동에서는 외부 흐름 압력 변화가 유선방향의 속도 성분을 가속 혹은 감속시키며 교차 유동의 방향 변화를 야기시킨다. 특히 반류는 역(逆)압력기울기 영역에서보다 순(順)압력기울기 영역에서 그 반응이 크며 정수 중에서의 값을 평균치로 하지 않고 편향되는 반류 편향 특성을 갖는다. 미시유동에서는 자유표면 경계조건이 경계층 및 근접/중간 반류영역에서 큰 영향을 미친다. 차수크기 추정은 계산 결과와 잘 일치하였으며 근사 자유표변 경계조건은 상당한 오차를 유발시킴을 알 수 있다.

• 한국항만학회지
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• 제11권1호
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• pp.121-128
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• 1997

항만공학 분야의 해양파 문제에서 자유수면파를 수치 및 실험에 의한 방법으로 해석하였다. 수치적인 방법은 자유수면 격자를 유한차분법의 이산화과정을 통해 정도(精度)를 향상시키기 위하여 나비에 스토크스 방정식의 각항에 서로 다른 형태의 격자를 적용하여 컴퓨터의 용량을 최소화하고 수렴속도를 극대화하는 것이다. 난류흐름을 재연하기 위해 Baldwin Lomax 모형을 도입하였고 대상모형은 S103 선박으로 하였다. 실험은 프루드수 0.26부터 0.30까지 수행하였고 각 속도마다 조파현상을 해석해서 수치결과와 비교하였다. 본연구는 해양파의 점성유동장 해석에서 복합격자를 사용했을때의 수치계산 결과가 실험값에 접근하고 있음을 보여주고 있다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제5권4호
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• pp.369-383
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• 1993

잉여응력의 수정된 형태가 현 모델에서 제시되며 자유수면 이류항의 존재가 파랑에너지식과의 비교를 통해서 입증되었다. 수식모델은 편평한 해빈경사에서의 3차원적인 흐름의 순환패턴을 산출하며 그 결과는 실험치와 비교하여 좋은 일치를 보였다. 마지막으로 수심적분된 특성과 그 수직분포를 연계하여 전 연안역에 적용가능한 준3차원적 모델이 개발되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권1B호
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• pp.73-81
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• 2009

본 연구에서는 개수로 흐름에서 오염물질 이동 현상에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 운동량 방정식과 스칼라 수송 방정식에서의 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력 모형 및 GGDH 모형을 사용하였다. 개발된 모형을 이용하여 조 세립상의 횡방향 연속구조를 갖는 개수로 흐름에서의 오염물질 이동에 대한 이차흐름의 영향을 분석하였다. 그 결과, 이차흐름의 영향으로 인해 최대 농도 값의 발생 위치가 이동하는 것으로 나타났으며, 농도 분포 역시 정규 분포에서 거리에 따라 점차 왜곡 되는 것으로 확인되었다. 또한, 이차흐름의 영향으로 자유수면 근처에서는 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서의 오염물질 농도가 더 크게 발생되었으며, 스칼라-흐름률을 계산한 결과, 오염물질의 수직방향 확산은 매끄러운 하상에 비해 거친 하상에서 더 빨리 진행되는 것으로 확인되었다. 한편, 농도 분포 변화에 대한 이차흐름 및 스칼라-흐름률의 영향을 살펴보기 위하여 스칼라 수송률 분석을 수행하였다.