• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2011년도 학술발표회
• /
• pp.177-177
• /
• 2011

환형수조는 점착성 퇴적물의 침/퇴적실험을 위한 실험장치로서, 수조내부의 수면과 접하여 회전하는 상부링(top ring)의 마찰력에 의해 흐름이 생성되며, 시간의 제약없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류가 형성되어 바닥전단응력이 불균일해지는 단점을 가지고 있으며, 이러한 이유로 인하여 환형수조를 이용한 침/퇴적실험 수행시 수조의 외벽부근에서 더 큰 침식이 발생한다. 따라서, 2차 순환류의 발생을 줄이고 바닥전단응력의 분포를 균등하게 하기 위해 양방향 회전(환형수조의 몸체를 상부링의 회전방향과 반대방향으로 회전)이 가능한 환형수조가 고안되었는데, 이러한 방법으로 2차 순환류의 크기를 저감시키고, 바닥전단응력을 균일하게 만들 수 있다. 한편, 환형수조의 양방향 회전(counter-rotation)은 현장용 환형수조에는 적용될 수 없는 단점을 갖는다. 현장실험에서는 바닥면이 없는 현장용 환형수조를 해저면에 거치시켜 자연상태의 비교란 퇴적물 시료를 저면으로 형성시키는데, 바닥면이 존재하지 않는 환형수조 본체는 회전시킬 수 없으므로 양방향 회전을 통한 2차 순환류의 저감 및 바닥전단응력 균일화의 효과를 기대할 수 없다. 이러한 이유로 환형수조의 양방향 회전은 단지 실내실험용 환형수조에만 적용된다. 이에 본 연구에서는 환형수조 본체를 회전시키지 않고 수조의 측벽과 상부링의 각도 조절을 통해 수조단면의 형상을 변화시켜 2차 순환류를 저감시키고 바닥전단응력을 균등하게 하는 방법에 대한 연구가 수행되었다. 이 방법은 본체의 회전이 필요 없으므로 현장용 환형수조에 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 실험장치의 구조가 단순해져 실험장치의 제작비가 절감될 수 있다. 또한 원주속도에 수직한 단면에서 속도구배가 감소되어 2차 순환류가 저감됨과 동시에 바닥전단응력이 균등하게 됨으로서 양방향 회전시와 동일한 효과가 얻어질 수 있을 것으로 예상된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.313-313
• /
• 2023

이 연구에서는 침수식생 조건에서 식생 형태 별 frontal area, solid volume fraction이 유속 분포에 미치는 영향을 분석하고, 흐름측정결과로부터 식생 형태에 따른 난류흐름특성을 분석하기 위하여 수행 되었다. 식생흐름 구현을 위하여 5 cm의 간격으로 총 257개의 모형식생을 전체 영역에 배치했다. 유속측정위치는 수위측정결과에 따라 흐름이 안정화되는 구간에서 연직방향으로 17개 지점에서 측정한 후 앙상블 평균하여 분석했다. Branch의 유무에 따라 Type I과 II로 구분하여 각 식생에 대해 유속의 연직분포를 측정한 결과, Branch가 없는 Type I에서는 유속이 지속적으로 감소하는 반면, Type 2에서는 Frontal area가 급격히 증가하는 Branch 구간에서 유속이 급격히 감소한 후 Trunk 구간에서 유속이 다시 증가하는 변화를 보였다. Velocity Spectrum 분석 결과, 모든 지점에 대해 평균한 결과 고주파수 영역에서 -5/3 law를 따르는 것으로 나타나 전체 영역에서 isotropic & homogeneous 난류흐름이 발생함을 확인했다. 난류흐름특성 계산결과, Turbulent kinetic energy(k)를 mean kinetic energy(K)로 무차원화하여 연직분포를 비교했을 때 -k/K는 모두 식생에 근접하며 증가했다. Shear production(P_s)의 계산결과로부터 전단흐름에 의한 난류운동에너지 생성영향분석결과, Type I과 II가 식생경계의 mixing interface 부근에서 급격히 증가하는 분포를 보였으며, 이는 시간평균유속분포에서 분석한 결과와 일치한다. Wake production(P_w)의 연직분포계산결과, P_s와 유사하게 식생경계 부근에서 상승하는 결과가 나타났으며, 이는 식생경계에서 발생하는 Large scale eddy로 인해 발생함을 알 수 있다. 마지막으로 x-방향 난류확산계수로부터 scale factor(α_x)의 연직분포를 계산한 결과, 식생경계부근의 mixing interface에서 증가한 후 식생영역 내에서 감소하는 분포를 나타냈다. z-방향 난류확산 계수의 scale factor(α_z)는 α_x에 비해 작게 계산되었다. 이러한 결과는 오염물질의 연직확산이 식생경계에서 증가한 후 식생 내부에서 감소하여 오염물질, 부유사 등의 축적이 이뤄질 것으로 예상된다. 이는 가지로 인해 식생저항이 증가할 경우 용존성 물질의 혼합이 감소하여 식생의 저장대 효과가 증가함을 의미한다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권1호
• /
• pp.181-194
• /
• 2013

산사태는 토사, 거석, 유목 등 산사태 물질의 중력사면 이동현상이다. 산사태는 수리학적, 지형학적, 지반공학적 요인에 따라 다양한 흐름 및 퇴적특성을 보인다. 흐름특성은 아주 느리게 움직이는 산사태(활동, 이류 등)에서 아주 빠르게 움직이는 산사태(토석사태, 토석류 등)까지 다양하다. 이런 점에서 산사태 발생과 확산 메커니즘의 이해를 위해 전단변형률에 따른 전단강도특성에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 한국형 산사태에 적합한 링 전단시험장치의 개발과 활용성에 대한 것이다. 링 전단시험장치는 산사태 유형별 피해 및 영향성 평가에 사용되는 전단강도를 측정할 수 있으며, 전단속도에 따른 산사태의 유동성을 평가하기 위한 장치이다. 비배수 전단강도 측정용 링 전단시험장치는 기존에 개발된 링 전단시험기의 수정보완형으로 '포화-압밀-배수-전단' 순으로 시험조건을 자유롭게 조절할 수 있다. 링 전단상자내 흙 시료의 전단강도의 정확한 측정을 위해 미끄럼 방지, 밀폐성 및 회전성 향상 기능을 갖춘 시험장치이다. 링 전단시험장치는 모래와 자갈 시료에 대한 예비실험을 수행하였으며 기존 시험결과와 비교하여 신뢰할 만한 결과를 확인하였다. 회전속도 100 mm/sec 로 구속할 때 배수조건에 따른 일시적 액상화 현상으로 인한 강도저하 현상이 관측되며, 전단면에 따른 입자파쇄 현상이 뚜렷하게 나타났다. 마지막으로 토석류 유변학에 기초하여 링 전단시험장치를 이용한 산사태 유동성 평가기법을 제안하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.408-412
• /
• 2007

본 연구는 자갈하상하천에서 하상에 분포하는 입자에 작용하는 전단력을 이용하여 등가조도를 산정할 수 있는 모형을 개발하였다. 등가조도는 기존의 연구들처럼 경험적으로 특정입도에 의해 산정하지 않고 하상에 분포하는 각 입자에 작용하는 입자 전단력을 산정하고, 하상 평균전단력과의 관계로서 산정하였다. 입자 전단력은 항력을 통해 산정하였으며, 이때 항력계수는 입자의 돌출 높이를 고려할 수 있도록 하였다. 또한 입자에 부딪히는 평균유속은 수치적분을 통해 입자의 돌출 높이에 따라 가변성을 고려할 수 있도록 식으로 제시하였다. 단위면적당 입자 전단력과 하상 평균 전단력과의 관계를 통해 등가조도의 함수로서 식을 제시한 후 수치해석방법의 하나인 증분 탐색법을 통해 등가조도를 산정할 수 있도록 하였다. 그리고 산정된 등가조도를 이용하여 수위-유량관계 및 흐름저항매개변수를 산정하여 적정성을 검토하였다.

• 대한조선학회논문집
• /
• 제53권3호
• /
• pp.188-194
• /
• 2016

Accurate estimation of shear flows in thin-walled beam section is the key issue to evaluate shear stress distribution of ship hull transverse section under the shear forces acting on hull girder. It is regarded that the method using the warping functions obtained by finite element formulation is the state of the art of this field. Recently, however, IACS took effect the new version of CSR in which direct calculation process of shear flow was suggested. In the direct calculation process, shear flow of ship hull section can be obtained by the addition of determinate and indeterminate shear flows calculated respectively. So, in this paper, the shear flow evaluation codes based on the process proposed by IACS CSR and warping function based method were developed respectively. The calculated results of shear flows for the several examples of ship sections were compared with each other and considered in detail.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
• /
• pp.93-93
• /
• 2022

최근 이상기후로 인하여 우리나라 산림에 태풍 및 국지성 호우가 빈번히 발생하고 있다. 이로 인해 사면재해가 많이 발생하고 있으며 그 중 호우로 인한 많은 양의 물과 함께 토석 및 부유물이 중력에 의해 경사면을 따라 흐름 형태를 보이는 토석류 재해는 속도가 매우 빠르고 파괴적이며 그 결과는 비참하기까지 하다. 더구나 인구밀도가 낮은 산지 계곡부 뿐만 아니라 도시지역에서도 토석류 재해가 빈번히 발생하며 국내 및 해외에서도 토석류에 의한 피해사례는 자주 볼 수 있다. 이러한 토석류 재해의 피해를 줄이고자 토석류의 유동성을 저감시키기 위한 대책구조물의 시공이 많이 이루어지고 있으며 최근에는 투과형 구조물 중 하나인 원통형 기둥구조물을 그룹 형태로의 시공하는 경우가 늘어나고 있다. 토석류와 대책구조물 간의 상호작용은 월류(overflow), 쳐오름(run-up), 역류(backwater) 등의 복잡한 흐름 거동을 보인다. 하지만 원통형 대책구조물에 대한연구가 많이 이루어져 있지 않고 대규모 실험 또한 비용이 많이 소요되고 실행하기도 어렵다. 이 연구는 오픈소스 소프트웨어인 OpenFOAM을 사용하여 원통형 대책구조물의 설치 조건에 따라 토석류 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 짧은 시간 내에 흐름이 발생하고 비뉴튼 유체 특성을 갖는 토석류의 유효전단응력이 난류전단응력에 비해 상당히 크므로 난류의 영향은 무시하였다. 계산된 수치모의의 결과를 같은 규모로 시행한 실험결과와 비교분석 및 검증하였다. 공학학적 문제에 적용 가능하도록 비교적 낮은 해상도의 계산 격자를 사용했지만 실험에서 보여지는 토석류의 흐름거동을 양호하게 재현했으며 원통형 대책구조물의 배치조건에 따라 토석류 선단부 유속의 감소 정도 및 시간에 따른 흐름깊이 변화를 분석할 수 있었다. 이 연구는 다양한 조건을 가지는 토석류 흐름을 해석하는데 유용하게 활용할 수 있으며, 추후 복잡한 실제지형 조건을 고려하는 연구를 통하여 적용성을 확보하고자 한다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제26권5B호
• /
• pp.469-479
• /
• 2006

본 연구에서는 사행수로에서 주 흐름과 이차류의 특성을 정량적으로 분석하고자 중심각이 $150^{\circ}$이고 사행도 1.52인 S자형 사행수로에서 실험을 수행하였다. 평균수심과 유량을 달리하여 다양한 실험 조건 하에서 수행한 실험을 통해 다중 만곡부를 갖는 사행수로에서 이차류의 공간적 변화양상을 관찰하였다. 실험결과, 주 흐름은 실험조건에 관계없이 직선구간에서 좌우 대칭적인 유속분포를 보였고, 만곡부에서는 내안쪽에 최대유속이 발생하고 외안쪽에 최소유속이 발생하는 현상을 발견 할 수 있었다. 이렇게 주 흐름이 최단노선을 따라 발생하는 현상은 기존 연구자들의 결과와 일치하는 것이다. 이차류의 거동은 첫번째 만곡부보다 두 번째 만곡부에서 더욱 활발하게 발달하고 외안 회전류가 뚜렷히 나타남을 발견하였다. 이차류의 강도는 직선구간에서는 낮게 나타나고 만곡부에서는 증가하는 주기적인 현상을 보였으며, 만곡부의 이차류 강도가 직선구간보다 2~3배 크게 나타났다. 또한, 두 번째 만곡부에서 이차류 강도의 최대값이 발생했다. 주 흐름방향의 난류 강도와 Reynolds 전단응력을 분석한 결과, 주 흐름 난류 강도는 주 흐름의 유속편차가 클수록 증가하는 것으로 나타났고 Reynolds 전단응력은 주 흐름방향 유속의 편차가 크게 벌어지는 동시에 이차류가 활발히 생성되는 지점에서 크게 나타나는 경향을 보였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제22권6호
• /
• pp.639-646
• /
• 2009

고유동 강섬유보강 모르타르는 타설과정에서 특정한 섬유 방향성 분포를 가질 수 있으며, 이에 따라 재료의 인장거동 특성에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 고유동 강섬유보강 모르타르의 타설단계에서의 유동에 따른 강섬유의 섬유 방향성 분포의 변화를 해석적으로 구하였다. 해석결과에 따르면 180mm 간격으로 나란히 놓여진 두 평판 사이에 흐르는 모르 타르의 전단흐름에 의한 섬유의 방향성 변화는 초기 150mm이내에서 크게 발생하는 것을 확인할 수 있었으며, 이후에서는 방향성 분포의 경향은 크게 변하지 않으며, 다만 흐름방향에 나란한 섬유의 밀도가 집중적으로 커지는 것을 볼 수 있었다. 섬유의 방향성과 섬유보강 복합체의 인장거동과 밀접한 관련성을 고려할 때, 이와 같은 방향성의 예측을 바탕으로 유동에 따른 고유동 강섬유보강 모르타르의 인장거동 변화의 예측이 가능할 것이다.

• 유변학
• /
• 제7권1호
• /
• pp.35-41
• /
• 1995

층류 열전달에서 작은 Reynolds number에서의 원통내의 흐름에대한 Power law 유 체의 해법이 사용될 수가 없는 것을 낮은 전단률(Shear Rate)에서 Power Law 법칙이 적용 되지 않기 때문이다. 본 연구에서는 이문제를 새로운 구성방정식을 이용하여 높은 전단률에 서는 Power Law 법칙이 낮은 전단률에서는 Newtonian 법칙이 그 중간에서는 천이과정을 모두 포함하는 전범위의 전단률에 대해 해결하였다. 이러한 구성방정식의 기본개졈은 실험 결과와도 잘 일치하였따. 이 구성방정식을 이용하여 Graetz 문제를 해결하였고 경계조건은 일정온도와 일정열속이다. 이용하기 쉬운 전단률변수는 적용범위가 Newtonian인지 Power law 인지 아니면 중간 천이과정인지를 나타내준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.475-475
• /
• 2023

직경 5 mm 이하의 미세플라스틱은 인류 활동에 의해 생산되어 하수처리장 처리수, 우수토구, 도로 분진 등 다양한 경로를 통해 하천에 유입되고 있다. 하천에 유입된 미세플라스틱은 하천흐름을 따라 하류로 이동하여 해양환경에까지 이른다. 미세플라스틱은 수체를 따라 이동할 뿐 아니라 수생생물에 의해 섭식되기도 하여 인체 위해성이 우려되는 상황이다. 특히 서울과 경기도의 주요 상수원인 팔당호는 북한강, 남한강, 경안천이 유입되어 형성되기 때문에 미세플라스틱의 유입에 따른 이송-분산 거동 평가가 중요한 영역이다. 본 연구에서는 준3차원 입자추적기법을 이용한 미세플라스틱 거동해석 모형, MPT-Q3D를 개발하였으며 팔당호 내 미세플라스틱의 거동 특성을 분석하였다. MPT-Q3D 모형은 2차원 흐름해석모형과 연계한 입자의 준3차원 거동해석을 위해 step-by-step computation method를 적용하였으며, 전단류에 의한 입자의 수평거동과 난류확산에 및 침강속도에 의한 연직거동 두 단계 계산과정에 따라 입자의 거동을 해석했다. 전단류는 2차원 흐름해석결과로부터 유속의 연직분포식을 적용하여 생성하였으며, 생성된 전단류에 의해 각 연직층 별 유속이 계산되고 𝚫t 이후 입자의 종, 횡 방향 이동거리를 계산한다. 또한 난류확산에 의한 무작위적 거동 계산을 위해 Gaussian 분포를 따른 난수 생성을 통해 무작위적 거동을 계산했다. 각 연직층에 위치한 미세플라스틱 입자의 종, 횡 방향 거동을 계산한 후 입자의 연직거동을 계산한다. 입자의 연직 위치는 난류확산과 침강속도에 따라 계산되며 침강속도는 미세플라스틱의 밀도 및 직경에 따라 결정된다. 현장 샘플링 결과에 따라 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르(Polyester)가 있으므로, 세 종류의 미세플라스틱을 동시에 주입하여 팔당호 내 거동을 분석했다. 남한강, 북한강, 경안천의 유량 차이로 인해 팔당호로 유입되는 미세플라스틱은 대체로 남한강과 북한강의 흐름특성에 영향을 받았다. 경안천의 경우 유량이 낮아 팔당호로 유입되지 못하고 좌안을 따라 하류로 이동됐다. 남한강과 북한강에서 유입된 미세플라스틱은 주로 팔당호 내 소내섬을 거쳐 팔당댐 쪽으로 이동했다. 또한 팔당댐 인근에서는 PP, PE, Polyester 순으로 많은 양이 유입되는 결과가 나타났다.