• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권4호
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• pp.2868-2875
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• 2015

개수로의 흐름 특성을 결정짓는 중요한 요소 중 하나는 흐름의 저항을 나타내는 마찰속도와 마찰계수이다. 하지만 개수로 흐름에서는 그 중요성에도 불구하고 자유수면과 단면의 복잡함, 다양한 수리변수들에 의해서 완벽한 해석이 매우 어렵다. 마찰계수에 대한 연구는 경험적 실험결과에 의존하고 있으므로 손쉬운 적용이 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 엔트로피 개념을 활용하여 새로운 마찰계수 산정 공식을 제안하고 공식의 정확성을 증명하기 위해서 사다리꼴과 사각단면을 가진 개수로 실험 자료를 사용하였다. 본 공식의 장점은 무엇보다도 개수로에서 정확한 값을 알기 어려운 에너지 경사 항을 사용하지 않는 것에 있다. 그리고 이론적 배경을 바탕으로 높은 정확성을 가진 마찰계수 f의 산정이 가능함을 보여주었다.

• 한국습지학회지
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• 제21권3호
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• pp.207-214
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• 2019

본 실험연구는 자유수면을 이루는 환형수조에서 초음파 유속계를 이용하여 흐름특성을 분석하였다. 여기서 점착성 유사의 응집을 방해하지 않도록 설계된 실린더의 회전에 따라 흐름이 형성되도록 하였다. 종방향 유속에 대한 내부 실린더의 영향은 이동 경계 근처에서 가장 높았고 외측 벽쪽으로는 감소했다. 종방향 저유속에서 난류 운동에너지는 바닥근처 지점에서 가장 크게 나타났지만 종방향 유속이 증가함에 따라 위쪽으로 이동하였다. 멱법칙으로 산정된 종방향 유속은 바닥 마찰길이를 고려한 대수분포형태인 로그법칙으로 예측한 값보다 실측치와 잘 일치하였다. 레이놀즈 응력 방법으로 산정한 평균마찰속도는 종방향 유속이 증가할 때 로그법칙과 멱법칙으로 계산된 값보다 작게 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.14-14
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• 2021

개수로에서는 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 관수로에 비해 상대적으로 매우 작고, 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측면에서만 작용하게 된다. 이러한 평균 전단응력 개념은 흐름에 의해 경계면 구성재료가 이동하는 이동상 수리학에서 유사이송 능력을 해석하는 기준이 되며, 경계면의 전단응력은 힘으로 표시하여 통상 소류력이라 한다. 이러한 복잡한 유체거동은 하천시설물 설계, 시공 및 관리에 있어서 구성재료의 보호능력에 따라 예상하지 못한 조건에서 쉽게 파손될 수 있다. 국내 하천의 경우 한계유속과 한계소류력에 의해 하천설계에 적용되고 있다. 한계 유속의 경우 간단한 수식에 의해 산정될 수 있지만 실제 하천의 보호능력을 대표하기는 힘들기 때문에 한계소류력이 동시에 고려되어야 한다. 한계소류력은 개수로 흐름에서 복잡하게 발생하는 이차류나, 난류 특성에 의해 산정하거나 예측하기는 매우 어렵다. 한계 소류력 뿐만 아니라 하천을 구성하는 재질의 조도계수 역시 균일하지 못하고 매우 예측하기 어렵다. 따라서 본 연구에서는 이러한 복잡한 양상을 나타내는 수리학적 요소에 대해 표준화된 실험수로에서 실험을 통해 평가하고, 체계화된 설계 지침이 되고자 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 경사를 가지는 경사수로와 경사의 영향에서 자유롭게 평가를 진행하고자 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 측정하였다. 본 연구에 사용된 장치는 난류유속 u', v'을 이용하여 Reynolds stress산정하여 Total shear stress를 추정하는 기법을 사용하여 검증하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권6호
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• pp.971-984
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• 2003

본 연구에서는 보 월류시 공기 유입을 수리학적인 방법으로 분석하였다. 이를 위해 하천에 설치된 보의 형태로서 계단형 보와 래버린스 보 및 배사문 보를 선정하여 현지측정과 수리실험을 통해 산소전달 효율을 검토하였다. 산소전달 효율은 계단형 보가 크며, 배사문 보는 산소전달 효율이 그리 크지 않았다. 산소전달은 흐름의 유속, Froude 수, 유량 순으로 상관 관계를 나타내었으며 특히 흐름의 유녹과 산소전달 효율에서 높은 관계를 나타내었다. 수리실험 결과 계단형 보의 월류 흐름은 유량이 작을 경우 계단 전 구간에 걸쳐 잠입류가 발생하고, 유량 증가에 따라 잠입류와 표면류가 공존하며 이 경우 계단 상부께서 표면류 및 계단 하부에서 잠입류가 발생하였다. 잠입류의 경우 계단 끝단에서 흐름 분리에 의해 공기 유입이 시작되고, 자유낙하 nappe과 계단 안쪽의 공기 주머니 및 nappe impact와 이후의 도수 현상으로 많은 공기 유입이 발생되었다. 표면류의 경우 계단 끝단에서 공기 유입이 시작되고, 흐름이 계단과 계단을 스쳐가듯이 흐르는 과정에서 수표면의 진동에 의해 많은 공기가 유입되었지만 공기 유입은 잠입류의 경우에 비해 상대적으로 작았다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제36권5호
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• pp.761-776
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• 2003

본 연구에서는 사류 및 부압이 발생하는 자유수면을 가진 댐 상류 및 여수로에서 물의 흐름의 동수역학적인 거동을 파악하기 위하여 수치모형을 적용하였다. 댐 건설시, 댐 상류에서의 유동을 알아보기 위하여 2차원 수치모형인 RMA2를 이용하였고, 접근부에서의 3차원적 흐름과 여수로, 방류관 등에서의 흐름분포를 평가하기 위하여 3차원 CFD 프로그램인 FLUENT를 사용하였다. 수치모의에서는 지형 및 구조물에 관한 세부인자들이 수치모형을 구성하는 데 사용되었다. 한탄강 댐에 적용한 2차원 수치모의 결과, 댐 상류부 여러 지점에서 최대 유속이 1 m/s에 이르는 와류가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 2차원 수치모형이 댐 건설 후 상류하천의 2차원적 유황을 규명하는 데 유용하게 활용될 수 있음을 의미한다. 3차원 수치모의 결과, 수위와 방류조건에 따라서 댐 직상류의 3차원 접근 흐름의 변화가 발생하고 있으며, 여수로, 방류관, 배사관으로 배출되는 유속이 상이하게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 댐 상류 100 m지점에서 댐 여수로 중심선에 대한 유속 분포 모의치를 수리모형실험에서의 측정치와 비교한 결과, 두 값이 비슷하게 나타났다. 본 연구 결과, 2, 3 차원 수치모형이 댐 상류부 및 여수로의 흐름을 해석하는 데 있어서 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의함으로써 댐 설계 최적화에 기여할 수 있으리라 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제50권2호
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• pp.89-97
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• 2017

만곡수로에서의 흐름 구조는 나선형 운동을 갖는 이차 재순환 흐름 그리고 만곡부 측벽으로부터 발생하는 흐름분리로 인한 전단층 등으로 복잡하다. 이 연구에서는 3개의 통계학적 난류모형($k-{\varepsilon}$, RNG $k-{\varepsilon}$, $k-{\omega}$ SST) 그리고 자유수면 변동 해석을 위한 VOF 기법을 적용한 비정상 Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 계산을 수행하여 고진폭 만곡수로인 키노시타(Kinoshita) 수로에서의 이차류와 편수위를 해석하였다. 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 구한 해석결과를 기존 수리실험 자료와 비교하여 각 난류모형의 적용성을 평가하였다. 비정상 RANS 계산에서 적용한 3개의 통계학적 난류모형의 해석 결과를 분석해 보면 키노시타 수로에서 발생하는 만곡부 편수위는 3개 모형 모두 유사하게 모의하는 한편, 전반적인 이차류 분포는 $k-{\omega}$ SST상대적으로 잘 모의하는 것으로 나타났다. 하류에 위치한 만곡부 흐름에 영향을 미쳐 국부적으로 발생한 이차류와 이전의 만곡부 중앙 수면 부근에서 발생하는 한 쌍의 이차 와류가 존재하는 현상을 관측하였으며, $k-{\omega}$ SST 난류모형은 이러한 복잡한 와류 변화를 양호하게 모의했다. $k-{\varepsilon}$ 모형을 기반으로 개발된 두 모형으로 모의한 결과에서는 실험에서 관측된 중앙 만곡부에 존재하는 두 개의 이차류 중, 시계방향 와류가 재현되지 않는다. VOF기법을 이용해서 계산한 만곡부에서의 편수위 해석결과는 적용한 모든 난류모형에 대해서 전반적으로 실험값을 양호하게 재현하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.467-467
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• 2016

암거는 일반적으로 용수나 배수용의 수로가 도로, 철도, 제방 등의 아래에 매설 된 수로를 지칭한다. 이러한 암거는 산업발전으로 사회기반시설의 신설 및 확충, 재정비 등으로 많이 활용되고 있다. 최근 들어 기후로 인한 재해가 급증하면서 이러한 시설물에 대한 안정성 및 관리에 대한 관심이 높아지고 있는 것이 현실이다. 특히 소하천은 집수면적 및 유로연장이 짧고 하상경사가 급하기 때문에 홍수에 취약하다. 즉, 빨라진 유속으로 인해 구조물 주변의 세굴에 의한 유실, 토사유출로 인한 하상퇴적, 부유물로 인한 차단으로 인해 통수에 지장을 받아 피해가 발생하게 된다. 이러한 암거시설물 피해는 2차 피해로 이어질 수 있으며 사회기반시설 파괴로 도시기능이 마비되고 인근 주변지역에 침수로 인한 재산 및 인명피해까지 발생시킬 수 있는 피해 잠재능력을 보유하고 있다. 그러나 피해에 대한 예방대책은 유지관리를 통해 지속적으로 관리하는 것이 대부분의 지침 등에 소개된 내용들이다. 본 연구에서는 암거를 대상으로 암거의 폐색으로 인해 암거주변에서 변화되는 흐름특성을 축소모형을 통해 검토하고자 하였다. 암거 축소모형실험은 1.5m 폭을 갖는 직선수로에서 수행하였으며, 암거모형은 도로암거표준도(2008)를 참조하여 $3m{\times}3m$ 수로암거를 대상으로 1/10 축소모형을 제작하였다. 암거유입부 퇴적으로 인한 암거의 차단률(차단면적/암거단면적)은 차단이 발생하지 않는 0% 조건에서부터 10%, 20%, 30%, 40%, 50% 조건에 대해 실험을 수행하였다. 실험결과 차단에 따른 암거 상류단의 수위는 차단이 없는 암거의 경우에 비해 차단율이 높아질수록 암거유입부 수위는 20.4% ~ 82.7% 상승하는 것으로 나타났다. 암거의 차단률이 40% 이상일 경우 높아진 수위로 인해 암거통로의 윗상면부까지 다다르고 있으며 50%일 경우 암거를 통과하는 흐름이 자유수면흐름이 아닌 오리피스 흐름이 발생하는 것으로 나타났다. 암거유입부 차단으로 인한 암거주변의 최대유속은 암거 직하류부에서 주로 발생하여 암거 유출부에서의 최대유속은 차단율이 증가할수록 선형적으로 증가하는 것으로 나타났으며 암거 유출부에서의 유속은 차단전의 조건(0%) 대비 4.2% ~ 35.5% 까지 상승하는 것으로 나타났다. 이와 같은 결과를 토대로 고려하였을 때 대부분 산지부에서 설치되는 암거의 경우 유속이 불가피하게 증가하게 됨으로 유속에 따른 유속조절방안(차단 및 우회시설) 및 세굴대책을 세워야 할 것으로 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제23권3호
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• pp.242-251
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• 2021

인디아와 같은 개발 도상국에서는 규제없는 폐수 방류가 지표수 수질에 심각한 영향을 주고 있다. 인공습지(CW)는 생태학적 기작에 의하여 폐수 처리를 함으로써 수질정화와 함께 다양한 효과를 제공하는 효율적인 기술이다. 본 연구는 인디아의 폐수처리를 위해 조성된 다양한 형태의 인공습지에 대하여 자료를 정리하고 분석함으로써 객관적 효과 평가를 수행하고자 수행되었다. 연구에 사용된 인공습지 데이터는 기출판된 문헌에서 수집되었으며, 산업폐수의 경우 화학적 산소요구량(COD), 생화학적 산소요구량(BOD)이 높게 나타났다. 인디아의 생활하수 총질소(TN)와 총인(TP)은 산업폐수보다 낮은 농도를 보였다. 수직흐름 인공습지(VFCW)와 수평흐름 인공습지(HFCW)는 생활하수 및 산업 폐수의 TSS, BOD, TP 제거에 효과적으로 나타났다. 그러나 COD는 하이브리드 인공습지(HCW)에서 높은 제거율을 보였다. 인도에서는 인공습지를 폐수처리 시설의 고도처리로 활용될 경우 수질이 크게 향상되는 것으로 나타났다. 인공습지의 방류수 수질은 관개용수 및 기타 농업용수로 활용가능한 수질로 평가되었다. 본 연구결과는 인디아의 지역적 특성에 적정한 인공습지 설계에 기여할 것으로 평가된다.

• 한국항만학회지
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• 제13권1호
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• pp.175-182
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• 1999

The ocean wave is hydrodynamically investigated to get more reliable solution. To improve the computational accuracy more fine grids are used with relatively less computer storage on the free surface. One element of the free surface is discretized into more fine grids because the free-surface waves are much affected by the grid size in the finite difference scheme. Here the multi-grid method is applied to confirm the efficiency for the S103 ship model by solving the Navier-Stokes equation for the turbulent flows. According to the computational result approximately 30% can be improved in the free surface generation, Finally the limiting streamlines show numerical result is similar to the experiment by twin tuft.

• 유변학
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• 제2권2호
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• pp.35-44
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• 1990

자유표면 유동을 수반하여 복잡한 구조를 지나는 유동문제를 수치모사할 수 있는 삼차원 유한요소법코드를 개발하였다. 정사각관을 대상으로 하는 삼차원 압출팽창 문제를 등온 뉴톤 유동뿐만아니라 비뉴톤유동 및 비등온 유동문제의 경우까지 다룰수 있도록 확장 하여 수치모사하였다. 삼차원 유한요소법 알고리듬에 pathline approach 방법과 사상방법을 적용시켜 등온 뉴톤 유체의 미동흐름에 대하여 압출 팽창문제를 푼 결과 팽창비가 대칭면에 서 최대 21.0%관의 모서리 부분에서 최소 4.1%로 나타났다 전단박화현상이 있는 비뉴톤 유 동의 경우 뉴톤유동에 비해 팽창이 작게 일어났고 비등온 유동의 경우 관벽온도가 낮은 쪽 이 높은 쪽에 비해 팽창이 크게 일어남을 알수 있었다.