• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.177-177
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• 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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.176-176
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• 2011

환형수조는 점착성 퇴적물의 이송특성 연구를 위해 가장 선호되는 실험 장치로 알려져 있다. 과거 많은 연구자들은 퇴적물의 이송특성, 특히 침식/퇴적 특성 조사를 위해 주로 수로를 이용한 실험적 연구를 수행하였는데, 최초의 실험적 연구들은 주로 직선수조에서 수행되었다. 그러나 입자간의 응집이 중요한 역할을 하는 점착성 퇴적물의 경우에, 직선수조 끝단에서의 자유낙하 및 재순환 펌프의 날개에 의해 응집된 토사가 쉽게 분리될 수 있어 그 타당성이 의문시 되어 왔으며, 이러한 단점을 보완하기 위해 환형수조가 고안되었다. 환형수조는 수면과 접하여 회전하는 상부링의 마찰력에 의해 흐름이 생성되기 때문에 시간의 제약 없이 흐름조건을 동일하게 만들 수 있다는 큰 장점을 갖는다. 그러나 환형수조는 원주유속의 속도차이 및 원심력으로 인한 2차 순환류를 형성시켜 반경 방향(radial direction)에서의 바닥전단응력을 불균일하게 하는 단점을 갖는다. 이러한 2차 순환류와 바닥전단응력의 불균일을 저감시키기 위하여 환형수조의 몸체를 상부링의 회전 방향과 역방향으로 직접 회전시키는 방법이 채택되어져 왔다. 한편, 환형수조의 상부링과 몸체를 서로 역방향으로 동시에 회전시키는 양방향 회전(counter-rotation)의 적용을 위해서는 2차 순환류가 최소가 되며 바닥전단응력이 균일해지는 최적 회전속도비에 대한 분석은 필수적 사항이다. 이를 위하여, 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부의 흐름특성 및 평균바닥전단응력에 대한 연구가 선행되어야만 한다. 이에 본 연구에서는 전산유체역학을 이용하여 전북대에 설치된 환형수조의 상부링과 몸체의 회전속도에 따라 변화하는 수조내부에서의 흐름특성 및 바닥전단응력에 대한 분석이 수행되었다. 또한, 이를 기초로, 환형수조의 최적 회전속도비 산출을 위한 연구가 수행 중에 있다. 이러한 결과들은 추후 환형수조를 이용한 점착성 퇴적물의 침식/퇴적 등과 같은 이송특성 연구시, 퇴적물에 작용하는 흐름조건의 정밀산정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.28 no.5
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• pp.257-264
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• 2016

In this study, experiments for measurements of entrainment rate of fluid mud were carried out using annular flume domestically for the first time. Six entrainment tests using kaolinite sediments were conducted with different initial concentrations of fluid mud. It is shown that sediment settling counteracts the otherwise buoyancy dependent entrainment of fluid mud, and that the settling effect leads to a measurably decreased entrainment rate at higher Richardson numbers in comparison with entrainment of salt water, due to additional dissipation of turbulent kinetic energy in the interfacial layer. Through the comparison with previous other studies, the overall performance of the annular flume, the experimental procedure and the test results in simulating the entrainment of fluid mud are shown to be good enough to verify.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.17 no.2
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• pp.119-128
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• 2005

An annular flume has been constructed in order to estimate the erosion rate of fine cohesive sediments. Under an uniform bed condition, some erosion tests for Kaolinite sediments have been conducted to examine the performance of the flume and to check the validity of experimental method and results. In this study, the critical shear stress for erosion and the erosion rate coefficient are estimated and compared with the existing measurements. It is concluded that the performance of the annular flume is good enough to conduct erosion tests and the experimental method and results are valid.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2002.05b
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• pp.1075-1080
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• 2002

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2003.05b
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• pp.659-662
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• 2003

• Journal of Wetlands Research
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• v.21 no.3
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• pp.207-214
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• 2019

This study investigated the flow characteristics in an annular flume with a free water surface using the Acoustic Doppler Velocimeter(ADV) in the laboratory. The flow was driven by the rotation of the inner cylinder in a way designed not to interfere with flocculation of cohesive sediments. The effect of the inner cylinder for the longitudinal velocities showed highest near the moving boundary and decreased towards the outer wall. At the lower longitudinal velocity, there was a peak in turbulent kinetic energy near the bed, whereas it moved upward to with increasing of the velocity. The longitudinal velocities estimated using the power law were in good agreement with the measured values than the values predicted by the log-law with roughness lengths. The average friction velocities evaluated by Reynolds shear stress were smaller than the values calculated using the log-law and power law when increasing the longitudinal velocity.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.18 no.3
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• pp.179-188
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• 2006

The purpose of this study is to quantitatively estimate the settling and erosional properties for cohesive sediments in Shihwa lake. Settling tests are conducted by multi-depth method using a specially designed 1.8 m tall settling column, and erosion tests are conducted with annular flume under the uniform bed condition. As result of settling tests, it is confirmed that the settling velocity of the cohesive sediments has the range of $0.002 for suspended sediments concentration of 0.1$0.19{\sim}0.55N/m^{2}$ for bed shear stress of $1.14{\sim}1.32g/cm^{3}$, and the erosion rate coefficient decreases with logarithmic function in a range of $18.4{\sim}3.9mg/cm^{2}{\cdot}hr$ with increase of bed shear stress.

• Journal of Wetlands Research
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• v.19 no.3
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• pp.303-310
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• 2017

This paper is to understand the settling properties of cohesive sediments under effects of ions in turbulent flow. The experiments were conducted using a miniature annular flume(mini flume) with a free water surface. Silica was used as sediment of experiment. The suspended concentrations were measured by using a CCD-Camera. Settling of silica($SiO_2$) was allowed to occur under various shear stresses in a concentration of 7g/L. At condition of pH 4.2 and high NaCl concentration, the floc size D of silica was larger than D at condition of pH6.8 with the bed shear stress increasing. The settling velocity $W_s$ of silica was higher at condition of 10g NaCl/L than $W_s$ at condition of pH4.2. Comparison of measured concentration-time curves and concentration-time curves calculated by this study showed similar tendency in flow under effects of ions.

• Journal of Wetlands Research
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• v.20 no.3
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• pp.227-234
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• 2018

This paper was examined the physical characteristics of floc density of suspended fine particles with varying cohesiveness. The analysis of floc density was performed in a small annular flume with a free water surface under different bed shear stresses and ion addition. Fine-grained silica was used as model material, as it is the main mineral components of clay that affects sedimentation. It was concluded that floc density depended on increasing the bed shear stress, the salinity and pH value. Floc density decreased with increasing the salinity in still water and floc size, whereas the opposite was true when increasing the bed shear stress. Also, it increased at pH6.8 more than at pH4.2 when increasing the bed shear stress in the range from 0.0086 to $0.0132N/m^2$.