• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.228-232
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• 2010

두 가지 어류 이동용 여수로 설계안에 대하여 유한요소법 기반의 레블�V 기법을 이용하여 흐름을 모의하고 적용성을 검토하였다. 첫 번째 설계안은 저수지에서 여수로로 직각 형태의 유입부를 가지고 있으며, 두 번째 설계안은 부드러운 곡면 형태의 유입부를 가지고 있다. 수치해석 결과를 자유수면의 위치, 압력분포 등의 특성을 중심으로 여수로 수리모형 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 직각 형태의 유입부를 갖는 설계안의 경우, 유입부의 응력분포의 영향으로, 평탄하지 않은 자유수면형과 압력분포를 보이는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 곡선형태의 유입부를 갖는 여수로의 경우에는 수면형과 압력분포에서 완만한 변화를 보이는 것이 관측되었다. 여수로 정상부에서 대기압보다 작은 부압의 분포는 두 가지 설계안 모두 비슷한 분포를 보였다. 여수로의 출구부에서는 측면부에서는 와류의 영향으로 인하여 수면의 상승을 관찰할 수 있었다. 결론으로서 곡면 유입부 형태의 여수로가 완만한 천이역을 갖고 있으며, 어류이동측면에서 유리함을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.376-380
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• 2004

측벽이 존재하는 개수로 난류흐름에 대한 DNS 자료를 이용하여 난류의 비등방성을 해석하였다. 측벽의 2등분선(sidewall bisector)에서 난류강도의 분포를 통해 바닥과 자유수면에서의 비등방성을 분석하고, AIM을 도입하여 흐름장 전반에 걸쳐 세부적인 비등방성 해석을 수행하였다. 측벽의 2등분선에서의 난류강도의 분포를 통해 바닥과 자유수면 근처에서 난류강도가 강한 비등방성을 갖는 것을 볼 수 있었다. 또한 3개의 다른 영역에서 AIM의 도입을 통해 측벽이나 바닥근처에서는 난류의 비등방성이 구형 관수로 흐름과 유사한 것으로 나타났으나, 개수로 난류흐름의 주된 특성이 velocity-dip phenomena가 존재하는 영역에서는 구형 관수로 흐름과는 달리 천이영역이 존재한다는 것을 알 수 있었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.691-696
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• 2008

본 연구에서는 자유수면 흐름에 적용할 수 있는 연직방향에 대해 좌표변환된 3차원 동수압 모형을 제시하였다. 제시한 모형은 자유수면과 동수압의 해석을 위하여, 2중 예측-수정(double predictor-corrector)방법을 적용하였다. 본 연구에서는 정확한 동역학적 경계조건(자유수면에서의 압력은 0인 조건)을 적용하는 방법을 검토하였고, 이 경계조건은 기존에 개발된 모형에 미소한 수정을 통하여 적용 가능함을 보여주었다. 본 연구에서 제시한 모형과 기존 모형의 계산결과를 비교하였을 때 동역학적 경계조건의 정확한 적용이 매우 중요함을 알 수 있다.

• 한국콘텐츠학회논문지
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• 제10권8호
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• pp.426-432
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• 2010

두가지 어류이동용 여수로 설계안에 대하여 레블�V 유한요소법을 이용하여 자유수면을 포함한 흐름을 모의하였다. 댐 상류부에서 여수로 입구 방향으로 직각형 유입부를 갖는 여수로와 곡선형 유입부의 여수로에 대하여 흐름의 형상을 모의, 비교하였으며, 또한, 수치해석 결과를 여수로 바닥면의 압력분포와 자유 수면형상에 대하여 수리실험 결과를 통하여 검증하였다. 직각형 여수로가 여수로 유입부에서 자유수면 형상과 압력분포에서 다소 큰 내부 변형율을 보이는 반면, 곡선형 유입부 여수로에서는 작은 변형율을 관찰 할 수 있었다. 여수로 정상부의 대기압보다 작은 부압의 존재 형태는 두가지 형상 모두 유사함을 알 수 있었지만, 전반적으로는 곡선형 유입부 여수로가 어류 이동에 유체역학적으로 더 우호적인 환경을 제공함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.42-42
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• 2015

사행수로에서의 원심력은 비선형적인 압력분포를 야기하여 이차류, 편수위 등과 같은 불규칙하고 복잡한 흐름을 발생시킨다. 일반적으로 이들 흐름은 난류이고 매우 3차원적이며 자유수면과의 상호작용이 중요한 역할을 할 수도 있다. 환경, 유사이동, 지형 변화와 관련된 환경 수리학적 관점에서 사행수로에서의 흐름을 이해하고 설계하기 위해서는 이러한 복잡한 3차원 흐름을 정확하게 계산하는 것이 매우 중요하다. 이 연구에서는 유한차분법에 근거한 3차원 흐름해석 모형을 이용하여 사행수로에서의 난류 흐름을 모의하고자 한다. 지배방정식은 3차원 비정상 RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식이며, 난류 해석을 위해서 공학적으로 널리 이용되고 있는 난류 모형 중 k-omega 모형을 이용한다. 수치모형은 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 이산화 기법을 적용한다. 자유수면의 변동은 이상(two-phase) VOF (volume of fluid) 기법을 이용하여 계산한다. 수치모형의 적용 대상은 기존 문헌에서 제시되어 있는 키노시타 사인곡선을 이용하여 만든 폭 60cm의 사행수로에서 후르드수 0.23 그리고 레이놀즈수 41,700의 조건에서 발생시킨 난류 흐름이다. 적용한 난류모형들을 이용하여 해석한 결과들을 유속벡터분포와 수위의 항으로 비교분석하여 사행수로에서 발생되는 이차류와 편수위 변화 재현에 대한 수치모형의 적용성을 평가하고 각 난류모형들의 특성을 제시한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2B호
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• pp.179-189
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• 2010

본 연구에서는 수치모의를 통하여 전단면 식생 수로에서 와도의 생성을 분석하였다. 지배방정식에서 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력모형을 이용하였다. 거친 하상-매끄러운 측벽 및 매끄러운 하상-거친 측벽을 갖는 개수로 흐름을 수치모의하여 서로 다른 형태의 이차흐름 구조가 형성되는 것을 확인하였다. 즉, 거친 하상 조건에서는 자유수면 이차흐름의 규모가 감소되고, 거친 측벽 조건에서는 자유수면 이차흐름의 구조가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 전단면 식생 수로를 수치모의하여 수심 크기의 바닥 이차흐름이 형성되고, 식생 밀도가 증가함에 따라 자유수면 이차흐름이 점차 사라지는 것을 확인하였다. 또한 이차흐름 생성에 중요한 역할을 하는 난류의 비등방성 및 레이놀즈응력 분포를 식생밀도에 따라 살펴보았다. 한편, 와도 방정식을 분석한 결과, 비식생 수로의 경우 벽 및 수면 경계 근처에서는 난류 비등방성에 의한 생성항이, 경계와 떨어진 곳에서는 레이놀즈응력에 의한 생성항이 와도 생성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 그러나 식생 수로에서는 이러한 특성이 사라지는 것으로 확인되었다. 또한 비식생 수로에서는 바닥과 수면에서의 와도 생성이 강하게 발생되지만, 식생 수로에서는 바닥과 식생 높이에서 와도 생성이 크게 발생되는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제21권7호
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• pp.43-54
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• 2005

지하수위 아래에서의 터널굴착은 지하수 영역의 변화를 초래하게 되고, 지하수의 공급이 충분하게 이루어지지 않는 경우 자유수면의 하강현상이 발생하게 된다. 이러한 거동을 수치 해석적으로 모사하기 위해서는 자유수면위의 불포화토 거동을 포함하는 자유수면의 변화를 고려하기 위한 복잡한 해석 알고리즘을 채택하여야 하고, 불포화 토의 수리거동을 포함하므로 통상 구속흐름조건으로 가정하여 해석하게 된다. 그러나 이 방법은 실제 많은 상황에서 발생하는 지하수위 저하를 고려하지 못하며 지하수위 저하가 터널 및 주변지반의 거동에 어떠한 영향을 미치는지 파악하기 어렵다. 본 연구에서는 비구속 흐름조건하의 지하수위 아래 배수형 터널을 건설하는 경우 지하수 영역의 변화와 이 변화가 터널과 지반에 미치는 영향을 수치 해석적 모델링 방법을 통하여 파악하고, 이를 통상적 해석방법인 구속조건의 흐름과 비교 고찰하였다. 해석결과 지하수위 변화는 지표, 특히 지하수위 상부의 거동에는 지대한 영향을 미칠 수 있지만 터널라이닝 거동은 구속흐름의 경우와 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.381-385
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• 2004

본 인구에서는 레이놀즈응력모형을 이용하여 직사각형 개수로 흐름을 수치모의 하고 이차흐름의 생성 메커니즘을 제시하였다. 수치모의 결과 자유수면과 측벽의 접합부 근처에서 inner secondary flow가 발생하였다. 이는 최근 Grega 등(1995)과 Hsu 등(2000)에 의해 밝혀진 새로운 이차흐름이다. 또한 측벽에서의 전단력 분포를 계산한 결과 inner secondary flow에 의하여 수면 근처에서의 전단력 값이 증가하는 것으로 나타났다. 계산된 결과를 이용하여 와도 방정식에서 각 항의 크기를 비교하여 이차 흐름의 생성 메커니즘을 살펴보았다. 그 결과 벽 및 측벽 경계 부근에서는 난류의 비등방성에 의한 와도 생성항에 의해 이차 흐름이 생성되고, 경계와 멀리 떨어진 영역에서는 레이놀즈응력에 의한 와도 생성항이 이차흐름을 생성시키는데 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권10호
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• pp.911-920
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• 2010

저수지와 같은 갇혀진 수체는 상류에서 유입되는 오염물질 뿐만 아니라 성층현상에 의해서도 오염될 수 있다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 이러한 오염을 줄이는데 중요한 역할을 하는데, 연직순환을 일으키는 인자로는 빛의 입사, 바람, 물의 온도 및 열의 확산 등이 있으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 바람의 영향이다. 그러므로 성층화된 흐름에서 바람에 의해 발생하는 연직순환에 대한 수치모형을 개발하고 적용하는 것이 필요하다. 본 연구는 수온성층흐름을 해석할 수 있는 3차원 수치모형을 제시하였다. 유속성분은x-축과 y-축 방향에서의 운동량방정식으로부터 3단계에 걸쳐 계산되고, 자유수면 변위와 온도변화 등의 스칼라양은 각각 자유수면방정식과 이송-확산 방정식으로부터 계산된다. 본 연구에서 제시한 모형의 정확도를 검증하기 위하여 정사각형수조에서 진동하는 자유수면의 해석해와 비교하였고, 성층화된 흐름에서 발생하는 연직순환에 대하여 수치모의를 실시하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발된 수치모형이 흐름 내부의 현상을 잘 묘사함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2008년도 학술발표회 논문집
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• pp.645-649
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• 2008

노모그래프 또는 간략식을 이용하여 암거 설계를 하는 경우 암거 흐름이 자유수면을 가지는 개수로라면 정확한 흐름 해석을 할 수 없다. 특히 암거는 수리학적으로 짧기 때문에 암거 흐름에서 등류수심이 발생하지 않을 가능성이 높다. 이에 부등류(점변류) 해석을 이용하여 암거의 흐름 해석을 수행하도록 흐름 해석 모형을 개발하여 검증하고, 이를 기반으로 암거의 단면규격을 결정하는 설계모형을 개발하였다. 암거의 수리설계는 고려하고 있는 모든 단면에 대하여 흐름 해석을 수행하고, 산정된 상류수위(HWE)와 암거높이에 대한 상류수심의 비(H/D)가 허용치를 초과하지 않는 최적 단면을 설계 단면으로 결정한다.