• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.31 no.4B
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• pp.333-341
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• 2011

This study analyzed the propagation of dam-break waves in an area directly downstream of a dam by using 3D numerical modeling with RANS as the governing equation. In this area, the flow of the waves has three dimensional characteristics due to the instantaneous dam break. In particular, the dam-break flows are characterized by a highly unsteady and discontinuous flow, a mixture of the sharp flood waves and their reflected waves, a mixture of subcritical and supercritical flow, and propagation in a dry and movable bed. 2D numerical modeling, in which the governing equation is the shallow water equation, was regarded as restricted in terms of dealing with the sharp fluctuation of the water level at the dam-breaking point and water level vibration at the reservoir. However, in this 30 analysis of flood wave propagation due to partial dam breaking and dam-break in channels with $90^{\circ}$ bend, those phenomena were properly simulated. In addition, the flood wave and bed profiles in a movable bed with a flat/upward/downward bed step, which represents channel aggradation or degradation, was also successfully simulated.

• Atmosphere
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• v.16 no.2
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• pp.67-83
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• 2006

The statistical analysis for the springtime windstorm in Korea shows that Yeongdong region has the highest occurrence frequency during recent 10 years. The objective of this study is to find possible mechanisms for the downslope windstorm formation in the Yeongdong region by using a mesoscale numerical model, WRF. Dynamical process, wave breaking (hereafter WB), is qualitatively investigated as the candidate mechanism for a windstorm event occurred in 5 April, 2005. WB is developed in upper troposphere downstream, since stable air is lifted by the Taebaek mountain. This process can cause and maintain the severe downslope windstorm by drawing the upper flow down to the surface. And the intensified downslope wind leads the hydraulic jump (hereafter HJ) in downstream region. Froude numbers at Chuncheon (upslope side), Seorak Mountain (crest), Yangyang (lee side), and the East Sea (distant downstream position) are estimated by about 0.4, 1.0, 1.6, and 0.6, respectively. This result implies that the accelerated and supercritical (Fr>1) flow adjusts to the ambient subcritical (Fr<1) conditions in the turbulent HJ. In addition, we find the formation of upstream inversion near top level of the mountain cause the intensification of HJ. Experiments to examine the orographic effect on the mechanisms suggest that the magnitudes of WB and HJ are larger in the experiment of higher topography, but there is no significant difference of windstorm magnitude among the experiments. Another important result from these sensitivity experiments is that the intensity of downslope windstorm strongly depends on the magnitude of upper (2~4 km) wind in upstream side.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.47 no.11
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• pp.1061-1066
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• 2014

A stable second-order finite volume method was proposed to predict sediment transport under rapidly varied flow conditions such as transcritical flow. For the use under unsteady flow conditions, a sediment transport model was coupled with shallow water equations. HLLC approximate Riemann solver based on a monotone upstream-centered schemes for conservation laws (MUSCL) reconstruction was used for the computation of the flux terms. From the comparisons of dam break flow experiments on erodible beds in one- and two-dimensional channels, good agreements were obtained when proper parameters were provided. Lastly, dam surface erosion problem by overtopped water was simulated. Overall, the numerical solutions showed reasonable results, which demonstrated that the proposed numerical scheme could provide stable and physical results in the cases of subcritical and supercritical flow conditions.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.326-326
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• 2017

개수로에서 비에너지(specific energy)는 수로바닥을 기준으로 단위무게의 물이 가지는 에너지로 정의되며 흐름의 위치수두와 속도수두의 합으로 표현된다. 비에너지는 수로단면의 변화에 따른 수심의 변화를 해석하기 위하여 사용되는 중요한 개념이다. 사각형 개수로에서의 비에너지 관계식은 3차방정식의 형태이며, 해석적으로 3개의 해(3개의 수심)를 가지나, 물리적인 의미를 가지는 해는 2개이며 나머지 하나의 해는 음수이므로 물리적인 의미를 가지지 않는다. 물리적인 의미를 가지는 2개의 해는 각각 흐름이 상류(subcritical flow)인 경우와 사류(supercritical flow)인 경우에 대한 수심이다. 즉, 일정한 유량이 흐르는 조건에서 동일한 비에너지를 가지는 수심이 상류와 사류에 각각 존재하는데, 이 2개의 수심을 대응수심(alternate depths)이라 정의한다. 이러한 사각형 개수로에 대한 비에너지 관계식은 3차방정식이므로 그 해석해를 구할 수 있어, 수로단면의 변화에 따른 흐름의 변화를 비교적 쉽게 해석할 수 있다. 사각형 개수로가 아닌 경우의 비에너지 관계식을 이론적으로 고찰하는 연구는 찾아보기 힘들다. 이에 본 연구에서는 포물선형 개수로에 대해서 비에너지 관계식을 유도하였다. 유도된 비에너지 관계식은 비선형 음함수의 형태로 해석적으로 해를 구할 수 없다. 유도된 관계식의 해법으로 2차의 정밀도를 가지는 Newton-Raphson방법을 이용하였으며, 계산의 초기치는 상용화된 Excel에서 쉽게 구할 수 있는 회귀식을 이용하여 구하였다. 적용 예를 통해, 단순 회귀식을 이용하는 경우에는 정해와의 상대오차가 2 - 8% 내외였는데, 본 연구에서 제안하는 방법을 사용하는 경우에는 동일한 조건에서 상대오차가 0.25% 내외를 보였다. 즉 본 연구에서 제시하고 있는 양해법을 이용하면, 포물선형 개수로 흐름의 대응수심을 용이하게 그리고 정확도가 매우 높게 산정할 수 있다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.342-342
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• 2016

국내 저수지 17,477개소 중 30~40 여년전에 축조된 곳은 16,646개소로 95.2%가 노후화로 인한 지속적인 유지보수가 필요하며, 기후변화에 따른 대응능력이 현저하게 낮다. 하구둑, 방조제, 대형 농업용저수지 같은 대규모 농업기반시설들은 축조 당시보다 설계홍수량이 2~3배 이상 증가함에 따라 기후변화에 대비하기 위해 조속한 치수능력 증대가 필요하다. 하지만 대형 농업용저수지의 치수능력 증대를 위해서는 지형적 입지조건, 시공 가능성, 경제성 등을 고려하여 여수로의 위치, 규모, 형식 변경 등이 수반된다. 따라서 본 연구에서는 무한천 상류 예당저수지의 여수로 위치변경에 따른 저수지 하류 하천 흐름변화에 대하여 2차원 수치모의 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 TELEMAC-2D 모형을 적용하여 저수지 하류 하천의 흐름을 모의하였고, RMA-2 모의결과와 비교검토 하였다. TELEMAC-2D 모형은 상류(subcritical flow)와 사류(supercritical flow) 흐름 모의가 가능하며, 홍수범람 뿐만아니라 동일 격자망으로 유한요소법과 유한체적법 모두 수치모의가 가능한 특징이 있다. 본 연구에서는 시간과 공간에 대하여 2차 정확도를 가지는 WAF(Weighted Average Flux) 유한체적기법과 $k-{\varepsilon}$ 난류모형을 적용하였다. 수치모의시 유역종합치수계획의 30년, 50년, 100년 빈도 계획홍수량에 대하여 여수로 위치변경 전(CASE-1)과 위치변경 후(CASE-2) 저수지 하류하천 흐름변화에 대해 모의하였다. 본 연구는 국내 하천 특성을 반영한 기설 저수지의 하류하천의 흐름에 대한 수치모의의 기초자료로 활용되어, 저수지 방류 흐름이 하류하천에 미치는 영향 분석 등에 기여할 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2020.06a
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.44 no.6
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• pp.650-658
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• 2006

The recycling of TDA from solid waste of TDI plant(TDI-R) by near-critical hydrolysis reaction had been studied by means of a statistical design of experiment. The main and interaction effects of process variables had been defined from the experiments in a batch reactor and the correlation equation with process variables for TDA yield had been obtained from the experiments in a continuous pilot plant. It was confirmed that the effects of reaction temperature, catalyst type and concentration, and the weight ratio of water to TDI-R(WR) on TDA yield were significant. TDA yield decreased with increases in reaction temperature and catalyst concentration, and increased with an increase in WR. As a catalyst, NaOH was more effective than $Na_2CO_3$ for TDA yield. The interaction effects between catalyst concentration and temperature, WR and temperature, catalyst type and reaction time on TDA yield had been defined as significant. Although the effect of catalyst concentration on TDA yield at $300^{\circ}C$ as subcritical water was insignificant, the TDA yield decreased with increasing catalyst concentration at $400^{\circ}C$ as supercritical water. On the other hand, the yield increased with an increase in WR at $300^{\circ}C$ but showed negligible effect with WR at $400^{\circ}C$. The optimization of process variables for TDA yield has been explored with a pilot plant for scale-up. The catalyst concentration and WR were selected as process variables with respect to economic feasibility and efficiency. The effects of process variables on TDA yield had been explored by means of central composite design. The TDA yield increased with an increase in catalyst concentration. It showed maximum value at below 2.5 of WR and then decreased with an increase in WR. However, the ratio at which the TDA yield showed a maximum value increased with increasing catalyst concentration. The correlation equation of a quadratic model with catalyst concentration and WR had been obtained by the regression analysis of experimental results in a pilot plant.