• 물과 미래
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• 제55권4호
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• pp.28-36
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• 2022

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2016

위어나 낙차공 같은 수공구조물 직하류부에서는 다양한 형태의 흐름조건이 발생한다. 낙차공 하류에서 발생하는 독특한 흐름형태 중 하나는 정상파형도수를 갖는 파형흐름이다. 이 연구에서는강 등(2010)이 수리실험을 수행한 바 있는 계단형 위어 하류부에서의 형성되는 파형흐름을 3차원 수치해석을 수행한다. 위어 구조물 위를 통과하는 난류흐름을 해석하기 위해서 Spalart-Allamaras 1방정식 모형을 이용한 URANS 수치모의와 DES (detached eddy simulation)을 실시하였다. 위어 주변에서의 자유수면 변동, 파상도수, 자유수면에서의 와류 그리고 바닥부근에서의 재순환 영역의 형상과 크기, 선정된 종방향 위치들에서의 흐름방향유속분포 등의 항으로 수치해석결과를 실험값과 비교하여 수치모의의 적절성과 난류모델들의 성능을 평가한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.1037-1048
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• 2016

본 연구에서는 Navier-Stokes 방정식과 자유수면 추적에 VOF법을 채용하는 CADMAS-SURF를 이용하여 파랑과 흐름의 비선형 상호간섭현상을 연구하였다. 파-흐름 공존장에서의 유체거동 해석을 위해 CADMAS-SURF를 수정 및 확장하였고, 계산치를 실험치와 비교하여 본 연구의 타당성을 확인할 수 있었다. 본 연구의 수치수로를 파랑-흐름 공존장에서 주어지는 복잡한 물리 현상 규명과 파-흐름-잠제의 상호간섭해석에 적용하여, 유속장, 와도장, 자유수면과 와도와의 관계 등을 논의하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

• 한국해안해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해안해양공학회 2003년도 한국해안해양공학발표논문집
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• pp.76-86
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• 2003

부방파제는 파랑에너지가 집중되어 있는 자유수면에서 수면하 20%정도에 부체를 띄워 부체에 의한 반사파와 투과파 및 부체동요에 의한 발산파에 의해 파랑을 제어한다. 부방파제의 장점은 무엇보다 대수심해역에 적합하고, 해수흐름을 방해하지 않아 항내오염을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 지진의 피해를 최소한으로 줄일 수 있고, 연약지반상에서도 쉽게 건설될 수 있다는 점이다. (중략)

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권4호
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• pp.281-290
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• 2015

표준 k-${\varepsilon}$, RNG k-${\omega}$ 그리고 k-${\omega}$ SST 난류 모형과 VOF (volume of fluid)기법을 이용하여 사각형 광정위어를 통과하는 난류 흐름의 수면 변화와 유속분포를 수치모의 하였다. 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적기법을 이용하여 해석하였으며, 두 개의 서로 다른 격자해상도에서 계산을 수행하여 수치해석 결과의 격자 민감도를 분석하였다. 계산 결과를 Kirkgoz et al. (2008)의 실험 결과 그리고 Moss (1972) 및 Zachoval et al. (2012) 무차원화된 실험값과 비교 분석하여 적용한 수치모형의 정확도를 평가하였다. 수치모의 결과는 사각형 개수로에 설치된 광정위어 흐름의 실험결과들을 합리적으로 예측하고 있으면 적용한 난류모형에 따라서 두 개의 주요 흐름분리 영역에서 계산 결과에 차이가 있는 것으로 나타났다. 표준 k-${\varepsilon}$ 모형은 이들 두 개의 흐름분리영역의 크기를 과소산정하고 있으며, k-${\omega}$ SST 모형은 위어 전면부에서 발생하는 흐름분리 영역을 다소 과대 산정하는 것으로 나타났다. RNG k-${\varepsilon}$ 모형은 전반적으로 양호하게 두 흐름분리 영역을 예측하는 한편, k-${\omega}$ SST 모형은 위어 상류부 모서리에서 발생하는 박리거품의 발생 형태를 가장 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제11권2호
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• pp.95-106
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• 1999

마찰의 효과가 고려된 유한 진폭 천수방정식을 이용하여 잠제 주변의 파랑장, 잠제에 의하여 발생되는 반사파와 투과파 뿐만 아니라 시간과 공간에 따른 자유수면 및 흐름의 동수역학적인 거동 특성을 해석할 수 있는 Lax-Wendroff 유한차분 수치모형이 수립되었다. 비선형 규칙파와 고립파가 입사하는 경우에 대한 해석 결과를 기존의 수치해 및 실험자료와 비교하여 수치모형이 만족스럽게 검증되었다. 규칙파에 대한 해석에서 잠제 전면에서 발생되는 반사파와 관련된 시간과 공간에 따른 자유수면의 변화나 흐름특성이 투과파의 그것보다 강하게 발생되는 것으로 나타나, 본 연구에서 해석된 제한적인 조건하에서는 잠제가 외해에서 내습하는 파랑에너지를 효율적으로 차단하는 것으로 밝혀졌다. 그러나 고립파의경우는 대부분의 파랑에너지가 잠제에 의하여 차단되지 않고 투과되는 것으로 나타났다. 마지막으로 파랑장의 동수역학적인 거동특성으로부터 잠제를 피복하고 있는 피복재의 안전성과 관련된 해석이 간접적으로 수행되었다.

• 한국농공학회:학술대회논문집
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• 한국농공학회 2004년도 학술발표논문집
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• pp.103-103
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• 2004

• 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.