• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.953-958
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• 2005

최근 들어 다양한 산업에서 3차원 수치해석을 이용하는 영역이 넓혀지고 있다. 국내에서도 3차원 수치해석을 이용하여 댐이나 정수처리시설 설계 등 수리분야에 적용하였고, 점점 그 이용이 확대되고 있다. 특히 교량 및 수제 등의 수공구조물로 인한 주변 흐름형상은 2차원 해석이 불가능하여 현재 수리모형실험을 통한 해석이 주를 이루고 있다. 이에 본 연구에서는 현재 3차원 수치해석에 많이 이용되는 상용모델인 FLOW-3D를 이용하여 3차원 흐름에 대한 수치해석을 수행하였으며 수리모형 결과와 비교하여 적용성을 검토하였다. 그 결과 모의 및 실험결과 수리모형과 수치모의 결과는 서로 비슷한 흐름양상을 보이고 있었다. 또한 조도계수(Roughness)를 매개변수로 하여 다양한 상태에서의 FLOW-3D의 민감도를 검토하였으나 실제 흐름과는 상이함을 보였다 또한 다양한 난류모형을 적용하여 그 결과를 실제 흐름과 비교해보았다. 그 결과 3차원모형에서는 교각 후면부와 좌, 우측면부에서의 흐름이 실제 수리 모형과는 상이한 결과를 보이는데 이는 FLOW-3D의 벽 경계 및 와류에 대한 난류모델에 따른 수치해석적인 차이로 사료된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
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• pp.1726-1731
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• 2006

본 연구에서는 임하다목적댐의 비상여수로 설계를 위하여 수리모형실험과 수치모형실험을 수행하였다. 수치모의에는 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하였다. 비상여수로 설계를 위하여 접근수로부, 월류웨어부, 천이부 및 도류부, 그리고 감세부로 나누어 수리모형실험과 수치모형실험의 수리현상 결과를 비교하였다. 최적의 비상여수로 설계를 위하여 기본계획안에 대하여 모의하고 이에 대한 보완점과 문제점들을 찾아내고 해결책을 제시하였다. 수치모의를 통하여 수리모형실험에서 쉽게 수행하기 어려운 다양한 조건을 모의하고 최적의 결과에 찾아 이를 수리모형실험으로 검증함으로써 비상여수로 기본설계안을 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.1837-1840
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• 2009

최근 자연형하천 조성사업과 하천복원 등을 목적으로 하천의 치수, 이수적인 기능뿐만 아니라 생태적인 기능을 고려한 하천설계를 위하여 많은 노력들을 하고 있다. 이와 같은 목적으로 하천의 생태적 통로가 단절되는 것을 막기 위해 하천 횡단 구조물인 보와 낙차공에 어도를 설치하고 있다. 하지만 현재 어도 설계는 어도 내의 흐름특성을 정확히 고려하지 못하고 설계되어 어도 본래의 기능을 수행하지 못하는 경우가 많았다. 그 이유는 현장 상황에 따라 어도의 종류와 형태가 다양하게 설계되고 있는 것에 반해 이를 검토할 수 있는 방법이 수리실험으로 한정되어 있어서 어도내 흐름특성을 결정하기 어렵기 때문이다. 어도 설계를 위한 수리실험은 시간적, 공간적 및 경제적인 제약으로 인해 다양한 형태의 어도 조건과 수리조건을 검토하기에는 현실적으로 어려움이 있는 반면에 수치모의는 매개변수 결정에 어려움이 있지만 수리실험에 비해 다양한 형태와 수리조건에 대해 간편하게 흐름특성을 예측할 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 어도 설계시 간편하게 어도내 흐름특성을 예측할 수 있도록 기존에 사용되고 있는 수리실험 결과와 수치모의 기법을 이용한 흐름해석 결과를 비교하여 보았다. 수치모의는 3차원 흐름모형인 FLOW-3D를 이용하였고, 어도 형태는 도류벽식 어도를 대상으로 수행하였다. 수행 결과 수리실험과 비교하여 수심별로 최대 13% 정도의 오차를 보이고 있으며, 최대유속 발생 지점을 비교한 결과 하폭의 6% 정도 오차를 보였다. 따라서 최종 설계 이전에 어도의 흐름특성을 예측하기 위한 방법으로 FLOW-3D를 사용한다면 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.168-175
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• 2008

군장 국가산업단지(장항지구) 조성공사 후 단지를 가로지르는 솔리천 하구에 새로 건설될 배수갑문 설계안에 대해 축척모형을 제작하고 현장과 동일한 수리조건을 적용한 수리모형실험을 수행하여 통수능력을 검토함과 동시에 결과의 신뢰도 확보를 위해 상용 3차원 전산유체역학 코드인 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 실시하였다. 수리모형실험과 수치모의에서는 얻어진 통수능은 유사한 결과를 보여주었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1229-1233
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• 2007

국내에서의 수제는 하안 및 제방의 보호, 유로제어 및 주운 등의 목적에 의해 설치되기 보다는 수제로 인해 발생되는 수제역(recirculation zone)의 다양한 흐름이 수중생물의 다양한 서식처 및 홍수 시 어류의 피난처 제공한다는 환경적인 목적이 지배적이다. 따라서 홍수시 하천의 통수능 감소영향이 상대적으로 작고 국부세굴에 대해 안정적인 경사형 수제에 대한 관심이 크며 몇몇 곳에서는 시공되어 졌다. 하지만 경사수제에 대한 설계기법은 현재 미미한 상태이며 선행되어져야할 구조물 주변의 흐름해석에 관한 연구도 미미하다. 이에 본 연구에서는 3차원 수치모형을 적용하여 주수로와 수제역의 흐름해석을 수행하였다. 연구내용은 수리모형변화와 수치모형실험을 병행하여 수행하여 수치모형결과를 검증하였으며 그 결과를 적용하여 경사형 수제주변의 흐름을 해석하였다. 수치모형은 Flow 3D모형을 이용하여 경사형 수제조건에 따른 흐름해석을 수행하였고 수리모형실험은 수치모형과 동일한 2가지 조건에 대해 수행하여 수치모형결과와 비교 분석 하였다. 본 연구의 목적은 경사형 수제설치로 변화되는 수제역 흐름을 3D 수치해석으로 분석하여 수제역의 환경적 효과(수중생물의 서식처 등)에 대한 기초자료를 제공하는 것이다. 연구결과, 수치모형실험은 수리모형결과와 일치하였으며 경사형 수제특성에 따라 수심별 흐름변화를 분석할 수 있었으며 기존 불투과 및 투과수제와 다른 결과를 도출하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.571-575
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• 2012

하구역에서의 대표적인 수리특성인 염수쐐기현상에 대한 정확한 이해는 하구역 수질 및 환경관리 측면에서 필수적인 사항이다. 본 연구에서는 정상염수쐐기 경계층 거동에 대한 실험적 연구결과와 3차원 전산유체역학 프로그램인 FLOW-3D를 이용한 수치모의 결과를 비교해봄으로써 염수쐐기현상에 대한 3차원 수치모형의 적용성을 살펴보았다. FLOW-3D를 이용하여 실험장치의 수로구간을 구성하고 경계조건으로 염수의 수위와 담수의 유량을 입력하였으며 밀도차를 두어 이층류가 발생하도록 모의하였다. 모의결과를 통해 시간평균농도와 표준편차를 무차원화하여 단면별 연직분포를 알아보고 각 단면을 중첩하여 경계층의 거동을 살펴보았으며 염수쐐기길이와 염수심을 무차원화하여 밀도프루드수의 변화에 따른 염수쐐기형상을 살펴보았다. 그리고 각 결과를 기 수행된 실험결과와 비교해 보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.645-648
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• 2010

본 연구에서는 복단면 사행수로의 흐름특성과 수위특성을 정량적으로 분석하고자 코사인 유도형(cosine-generated) 복단면 만곡 수로 실험 자료를 기초로 3차원 수치모의를 수행하였다. 수치모의에는 3차원 수치모의 프로그램인 Flow3D을 사용하였고, 난류 모델은 RNG ${\kappa}-{\epsilon}$ 모델을 사용 하였다. 수치모의 결과는 실험 결과와의 비교를 통하여 평면유속분포 및 유속벡터, 만곡부 단면에서의 수위분포 등으로 분석하였고, 이는 이전의 실험결과와 일치하는 것으로 나타난다. 특히, 평면 유속분포는 수위 증가에 따라 저수로 중심의 최대 유속선이 만곡 내측으로 이동하는 것이 모의되었다. 이런 흐름구조는 다른 연구자들이 이전까지 연구한 실험 및 수치모의 결과와도 일치한다. 또한, 수위 분포 결과에서는 사행하도의 원심력에 의한 흐름특성인 만곡부 내측과 외측의 수위차가 미세하게 발견되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.586-591
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• 2009

권 등(2008)은 수면보다 높은 정방형 다열기둥의 수리실험을 수행하여 바닥마찰과 구조물에 의한 흐름저항을 포함하고 항력상호작용계수가 적용된 Manning계수 형태의 상당저항계수 이론식을 제안하였으나 저항체의 횡방향 간격에 대해서는 충분한 연구가 수행되지 못하였다. 따라서 본 연구에서는 오리피스의 에너지 손실계수를 적용하여 횡방향 간격에 따른 항력상호작용계수식을 제안하였다. 또한 정방형 다열기둥의 다양한 횡방향 간격에 따른 흐름양상을 FLOW-3D를 이용한 수치실험을 수행하여 상당저항계수 n을 측정하였으며 수치실험 결과를 본 연구에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 적용된 이론식과 비교하였다. 이론식과 수치실험 결과는 잘 일치하였으며 이 결과로부터 본 논문에서 제안한 횡방향 항력상호작용계수식이 유효함을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권1호
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• pp.45-53
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• 2009

RNG $k-{\varepsilon}$ 난류모형이 포함된 3차원 동수역학 수치모형(FLOW-$3D^{(R)}$)을 사용하여 수조 수치실험을 통한 항력계수 산정 가능성을 검토하였다. 물리적 실험으로 항력계수가 알려져 있는 말뚝구조물에 대하여, 사각형 말뚝구조물의 수치해에 의한 항력계수값이 $1.34{\sim}1.52$로 물리적 실험값인 $1.3{\sim}1.5$의 범위와 매우 유사한 결과를 보였다. 원형 말뚝구조물은 0.5$0.75{\sim}0.78$ 정도로서 물리적 실험치와 비교적 잘 일치하였다. 그리고 항력계수값이 알려지지 않은 열을 이룬 말뚝구조물의 경우 항력계수값은 구조물 간의 간섭으로 단일 구조물에 비해 항력계수가 크게 나타났으며, 각 구조물간의 거리비가 작아짐에 따라 구조물이 받는 항력계수값은 증가하는 양상을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1750-1754
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• 2010

구조물 주변의 국부세굴에 대한 예측은 현장관측 및 수리실험 결과를 이용한 다양한 경험식과 수리모형 실험, 수치 모의 등을 통하여 이루어진다. 본 연구에서는 최근 국내에서 많이 사용되고 있는 3차원 수치모형인 FLOW-3D의 세굴분석 능력 검토를 제고하기 위하여 민감도 분석을 실시하였다. FLOW 3D의 입력 매개변수는 평균입경(Average particle diameter), 유사 비중(Density of the sediment particle), 한계 무차원 소류력(Critical Shields number), 세굴 조절개수(Scour erosion adjustment), 한계 유사비(Critical sediment fraction), 점착성 유사비(Cohesive sediment fraction), 유사 항력(sediment drag force), 안식각(Angle of repose)이 있다. 이 중에서 평균입경, 안식각, 세굴조절개수, 한계 유사 fraction 등의 매개변수에 대해 초기값을 중심으로 일정 비율로 구분하여 민감도 분석을 실시하였다. 주요 매개변수의 민감도 분석 결과는 수리실험 결과치와 비교 검토 후에 민감도의 변화 범위와 선행하여 조정할 수 있는 매개변수를 제시할 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 수공구조물 주변의 국부 세굴에 관한 해석시 FLOW-3D를 이용한 분석에서 보다 신뢰도 높은 결과 산출이 가능할 것으로 판단된다.