• 대한토목학회논문집
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• 제42권5호
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• pp.639-650
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• 2022

대규모 표사이동으로 인해 침·퇴적이 발생되는 해안에서는 시간이력에 따라 그 현상이 가속화되는 경향이 있기 때문에 적절하고도 시급한 대책을 강구하는 것이 중요하다. 해안침식의 대책방안 중 환경친화적 대책으로 알려진 양빈공법의 경우 입경의 크기에 따라 침식양상이 변화되므로 적정 입경의 크기, 범위 등에 대해 결정하기 위해서는 면밀한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 양빈사의 입경변화와 부분양빈의 적용, 파랑과 바람이 공존하는 조건 등을 변수로 설정하였을 때 발생되는 지형변화의 특성을 검토하고자 하였다. 이러한 요인들은 수치모형실험에서 해석하기 어려운 부분이 존재하기 때문에 수리모형실험을 통해 정성적인 해석을 수행하거나 양빈수행 이후에 현장모니터링 등을 통해 그 효과를 검토하게 된다. 하지만 실험과 모니터링 등은 제반사항이 발생되기 때문에 다양한 조건에 대한 예측 연구에는 어려움이 존재한다. 본 논문에서는 빅데이터의 활용을 통한 머신러닝 기법을 이용하여 침·퇴적 경향을 재현함으로써 발생 가능한 현상에 대해 예측함과 동시에 머신러닝 기법의 적용성을 검토하고자 하였다. 학습데이터는 수리모형실험결과를 이용하였으며 연구결과 머신러닝을 이용한 지형변화는 단기예측의 경우 기존연구와 유사한 경향을 보이는 것으로 나타났으나 세굴 및 모래톱의 형성 등에서는 다소 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.297-297
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• 2023

최근 친수성, 경관, 생태계 보전 등을 위해 다양한 호안블록의 시공이 이루어지고 있어 호안블록의 수리적 안정성에 관한 관심이 증가하고 있다. 이러한 배경 하에 한국건설기술연구원 안동하천실험센터(이하 센터)에서는 2019년부터 실규모 수로를 이용하여 여러 건의 호안블록 실규모 수리검토 실험을 실시한 바 있다. 본 연구는 그간의 실험 결과를 종합적으로 고찰하고 수리 검토 실험의 현황과 한계점, 그리고 개선 방향을 제언하는데 그 목적이 있다. A1 수로(급경사수로, 하상경사 1/70)에서는 7건(21회), B1 수로(고유속수로, 하상경사 1/7)에서는 2건(6회)의 실험이 수행되었다. A1 수로 실험의 유량-소류력 관계는 1.0 m³/s에서 약 20 N/m²이며, 1.0 m³/s 증가당 약 11 N/m²이 증가하는 관계를 나타낸다. 7건의 실험 결과 30분 이상 지속된 최대 실험 유량은 6~7 m³/s 정도이며, 이는 A1 최대 공급 유량의 75 % 정도로서 안정적인 수준이라고 판단된다. 이 때의 최대 소류력은 75 N/m² 정도로 나타났다. B1 수로는 5 m/s 이상의 고유속 흐름을 발생시킬 수있으며, 2건의 실험 결과 0.5 m³/s에서 약 100 N/m², 최대 4.5 m³/s에서 330 N/m²까지 소류력을 제공하여 실험을 수행한 바 있다. 따라서 A1, B1 수로를 통해 제공할 수 있는 소류력 범위는 10~330 N/m²이지만, 75~100 N/m²는 실험에서 제공된 바 없었다. 한편, 토양유실의 경우 수준측량에 의해 측정되는데, 대부분의 실험에서 Clopper의 토양손실 지수(1.27 cm) 미만의 결과가 발생하였다. 이는 시험체에 따라 여건이 다르기는 하지만, 수리 검토 실험시 3회 실험을 기본으로 하고 있고 호안재료의 침식이 기준 이하로 유지되면서 최대한의 성능을 발휘할 수 있는 소류력 조건을 얻으려는 실험 목적에 부합하도록 조절된 것으로 볼 수 있다. 이러한 실험 결과를 토대로 고려해볼 수 있는 개선 방향은 다음과 같다. 강성 재료가 아닌 연성 또는 친환경적 호안재료의 허용 소류력 범위를 보다 넓게 평가하기 위해 A1 수로가 제공하는 최대 소류력을 높일 필요가 있다. 이를 위해 기본 3회의 실험 외에 추가로 호안블록이 파괴되거나 토양유실 임계치를 초과할 수 있는 실험을 수행함으로써 각 제품의 한계 성능을 평가하는 것이 필요할 것으로 보인다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제25권1호
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• pp.91-101
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• 1993

가압경수로형 원자로의 정상 비정상 운전시의 열수력학적 거동을 예측하기 위해서는 원자로내기포계수의 분포를 정확히 계산하는 것이 필수적이다. 이러한 기포계수의 정확한 예측을 위하여 많은 모델들이 제시되었다. 이중 drift-flux모델은 그 계산의 정확성과 간결성에 의하여 널리 사용되고 있다. 이러한 drift-flux 모델을 사용하여 보다 더 정확한 기포계수를 예측하기 위해서는 각 상간의 슬립률과 flow regime 에 따른 기포의 운동의 변화가 정확히 고려되어야 한다. Drift-flux 모델에서는 이러한 두 가지 요소가 drift-flux parameter인 $C_{o}$ 와 (equation omitted), 에서 고려된다. 본 연구에서는 이러한 $C_{o}$ 의 실험적 결정을 위하여 원자로 노심을 모사한 4개의 전열봉이 있는 비등이 발생하는 수직사각 유로를 구성하였으며, 완성된 유로내에서 기포계수의 분포 및 기포속도의 분포를 측정하였다. 국부적 기포계수 및 기포속도 분포의 측정에 사용된 방법은 이중탐침법이며 측정이 이루어진 유로내의 유동 상태는 유속이 비교적 느린 low flow rate condition이며 유로내 압력은 3기압 이하이다. 본 실험에서는 액상의 속도는 측정되지 않았으며, 따라서 $C_{o}$ 의 계산을 위하여 (equation omitted)의 실험 상관관계식을 사용하여 유로내 평균 기포계수의 함수로 나타내었다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권5호
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• pp.1802-1813
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• 2023

Conjugate heat transfer between liquid metal and solid is a common phenomenon in a liquid-metal-cooled fast reactor's fuel assembly and heat exchanger, dramatically affecting the reactor's safety and economy. Therefore, comprehensively studying the sophisticated conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor is profound. However, it has been evidenced that the traditional Simple Gradient Diffusion Hypothesis (SGDH), assuming a constant turbulent Prandtl number (Pr_t,, usually 0.85 - 1.0), is inappropriate in the Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of liquid metal. In recent decades, numerous studies have been performed on the four-equation model, which is expected to improve the precision of liquid metal's CFD simulations but has not been introduced into the conjugate heat transfer calculation between liquid metal and solid. Consequently, a four-equation model, consisting of the Abe k - ε turbulence model and the Manservisi k_𝜃 - ε_𝜃 heat transfer model, is applied to study the conjugate heat transfer concerning liquid metal in the present work. To verify the numerical validity of the four-equation model used in the conjugate heat transfer simulations, we reproduce Johnson's experiments of the liquid lead-bismuth-cooled turbulent pipe flow using the four-equation model and the traditional SGDH model. The simulation results obtained with different models are compared with the available experimental data, revealing that the relative errors of the local Nusselt number and mean heat transfer coefficient obtained with the four-equation model are considerably reduced compared with the SGDH model. Then, the thermal-hydraulic characteristics of liquid metal turbulent pipe flow obtained with the four-equation model are analyzed. Moreover, the impact of the turbulence model used in the four-equation model on overall simulation performance is investigated. At last, the effectiveness of the four-equation model in the CFD simulations of liquid sodium conjugate heat transfer is assessed. This paper mainly proves that it is feasible to use the four-equation model in the study of liquid metal conjugate heat transfer and provides a reference for the research of conjugate heat transfer in a liquid-metal-cooled fast reactor.

• 대한토목학회논문집
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• 제43권1호
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• pp.21-32
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• 2023

산림지역은 세류간침식이 지배적인 반면, 지표 교란지역은 세류의 발달과 확장에 의한 침식이 두드러지게 증가한다. 본 연구는 급경사에서 세류 발달과 미세지형 변화의 특성을 파악하고자 강우와 유입수 모의에 따른 토양침식 실험을 수행한 것이다. 세류의 단면과 체적, 세류밀도, 세류차수, 세류예도와 같은 미세지형의 특성인자들은 사면의 경사와 위치(상부 또는 하부)에 따른 분석이 이루어졌다. 강우모의에 의해 동시다발적으로 절개된 세류들의 두부침식은 빠른 속도로 상류로 이동하였고, 무작위으로 발달한 세류들은 서로 연결되면서 깊고 넓게 확장하였다. 세류가 하류방향으로 진화함에 따라 횡단면적은 점차적으로 증가하였다. 세류 체적은 유출토사 체적의 약 78 %를 차지하여, 세류침식이 세류간침식보다 토사유출량 기여도가 큼을 확인하였다. 경사가 증가함에 따라 세류차수의 증가는 둔화되지만, 세류의 총길이와 밀도는 전반적으로 증가하였다. 경사 15°에서 20°로 증가하면서 세류의 측벽확장보다 하상절개가 상대적으로 커지면서 세류예도가 1.6배로 증가하였다. 하사면의 유출계수는 상사면보다 12.3 % 적었으며, 이는 세류 확장에 의한 형상 변화와 심토의 노출이 침투를 증가시켰던 것으로 평가된다. 세류가 수반된 토사유출은 경사가 급할수록 전반적으로 증가하지만, 세류진화 과정에서 국부적인 합류와 확장으로 강화된 세류의 수리학적 유속에 직접적인 영향을 받았다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권2B호
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• pp.179-186
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• 2006

빗물받이가 자갈, 토사 및 기타 유송잡물에 의하여 막히게 되면, 유입구의 순 면적이 감소하게 되므로 설치된 빗물받이는 제 기능을 다하지 못하여 도로의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 빗물받이의 합리적인 설계와 관리를 위하여 빗물받이의 막힘 현상을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 8가지의 막힘 조건을 가진 $40{\times}50cm$ 규모의 빗물받이를 설치하여 도로의 종경사, 측구의 횡경사 및 막힘 정도를 변화시키면서 총 81회의 실험을 실시하였다. 실측자료를 분석한 결과 빗물받이 유입구가 연석방향으로 막힌 경우가 흐름방향으로 막힌 경우보다 차집효율이 현저하게 감소하였다. 막힘 조건을 가진 유입부에서도 도로의 종경사가 증가할수록 유속이 증가하여 물의 튐 현상(splash-over)이 크게 발생하여 빗물받이의 차집 효율을 감소시킨다. 또한 빗물받이의 설계 시 외국에서 일반적으로 채택되고 있는 막힘 정도가 50%일 경우에 도로의 종경사와 측구의 횡경사의 변화를 고려한 국내 빗물받이의 막힘계수는 0.25~0.65로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.239-246
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• 2017

국내 중소하천의 횡단구조물인 보 또는 낙차공은 대부분 고정식 콘크리트 구조물이며, 저층수의 배제가 쉽지 않다. 횡단구조물로 인해 유사가 퇴적되며, 유사에 흡착한 오염물들이 그대로 하천의 바닥을 오염시키고 있다. 이에 저층수 및 퇴적유사에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이며, 이러한 대안의 하나로 횡단구조물 상류와 하류를 하상 아래로 연결시키는 구조물로써, 보 상류 저층의 물 및 유사 배제를 목적으로 저층수배출관을 설치하는 방안이 있다. 그러나 사석이 유입되고, 배제 되지 않을 경우 효율성이 크게 저하될 가능성이 있다. 이에 본 연구에서는 저층수 배출관 내 사석을 배제할 수 있는 능력에 대한 연구를 수행하였다. 사석과 거동이 유사한 유사(sediment)의 한계조건(critical condition) 중 한계전단력(critical shear stress) 유도과정과 달랑베르의 원리(d'Alembert principle)를 응용하여 이동 중인 사석이 배제될 수 있는 조건(${\tau}_c{^*}$)을 유도하였다. 그러나 저층수 배출관 내 유입된 사석은 정지상태가 아닌 이동 중이므로, Lagrangian 기법을 활용하여 수리실험에서 도출된 유속으로 상대속도(relative velocity)를 제시하였다. 수리실험은 축척효과(scale effect)를 최소화하기 위해 폭이 5.0 m이고, 높이가 1.0 m인 광폭 개수로를 제작하였으며, 사용된 사석은 가공된 완전 구형을 사용하였다. 실험 결과 유속과 구형 입자 속도와의 비가 0.5~0.7 사이로 나타났으며, 이러한 결과를 유도된 식에 적용하여, 최종적으로 사석이 배제되는 조건을 도출하게 되었다. 구간은 입자레이놀즈수($Re_p$)와 무차원 한계 전단력(${\tau}_c{^*}$)에 따라 크게 3가지로 구분되었다. 배제 구간(exclusion section), 확률적 배제 구간(probabilistic exclusion section), 비배제 구간(no exclusion section)이다. 본 연구결과는 횡단구조물의 저층수 배출관 설계시 유용한 기초 정보를 제공할 수 있을 것이다.

• 한국방재안전학회논문집
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• 제14권2호
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• pp.61-75
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• 2021

최근 기후변화로 인해 강우강도 및 빈도의 증가에 따른 집중호우의 영향 및 기존 여수로의 노후화에 대비하여 홍수 시 하류 하천의 영향을 최소화할 수 있는 보조 여수로 활용방안 구축이 필요한 실정이다. 이를 위해, 수리모형 실험 및 수치모형 실험을 통하여 보조 여수로 운영에 따른 흐름특성 변화 검토에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다. 그러나 대부분의 연구는 여수로에서의 흐름특성 및 기능성에 대한 검토를 수행하였을 뿐 보조 여수로의 활용방안에 따른 하류하천 영향 검토 및 호안 안정성 검토에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 기존 여수로 및 보조 여수로 방류 조건에 따른 하류영향 분석 및 호안 안정성 측면에서 최적 방류 시나리오 검토를 3차원 수치모형인 FLOW-3D를 사용하여 검토하였다. 또한 FLOW-3D 수치모의 수행을 통한 유속, 수위 결과와 소류력 산정 결과를 호안 설계허용 기준과 비교하였다. 수문 완전 개도 조건으로 가정하고 계획홍수량 유입 시 다양한 보조 여수로 활용방안에 대하여 수치모의를 수행한 결과, 보조 여수로 단독 운영 시 기존 여수로 단독운영에 비하여 최대유속 및 최대 수위의 감소효과를 확인하였다. 다만 계획홍수량의 45% 이하 방류 조건에서 대안부의 호안 안정성을 확보하였고 해당 방류량 초과 경우에는 처오름 현상이 발생하여 월류에 대한 위험성 증가를 확인하였다. 따라서 기존 여수로와의 동시 운영 방안 도출이 중요하다고 판단하였다. 여수로의 배분 비율 및 총 허용 방류량에 대하여 검토한 결과 보조 여수로의 방류량이 기존 여수로의 방류량보다 큰 경우 하류하천의 흐름이 중심으로 집중되어 대안부의 유속 저감 및 수위 감소를 확인하였고, 계획 홍수량의 77% 이하의 조건에서 호안의 허용 유속 및 허용 소류력 조건을 만족하였다. 이를 통하여 본 연구에서 제안한 보조 여수로 활용방안으로는 기존 여수로와 동시 운영 시 총 방류량에 대하여 보조 여수로의 배분량이 기존 여수로의 배분량보다 크게 설정하는 것이 하류하천의 영향을 최소화 할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 본 연구는 여수로 방류에 따른 대안부에서의 영향에 대해서만 검토하였고 수문 전면 개도 조건에서 검토하였다는 한계점은 분명히 있다. 이에 향후에는 다양한 수문 개도 조건 및 방류 시나리오를 적용 및 검토한다면 보다 효율적이고, 효과적인 보조 여수로 활용방안을 도출이 가능할 것으로 기대 된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.19-30
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• 2021

선행 연구를 통해 우리나라 동해 울릉 분지에 천연가스 자원인 하이드레이트 부존 퇴적층의 존재가 확인되었다. 퇴적층에서 가스를 생산하기 위한 시도는 세계적으로 연구되고 있으며, 생산 메커니즘은 열-수리-역학적 현상이 동시에 발생하는 복합적인 현상이다. 하이드레이트의 생산성 및 안정성 평가는 실험실 규모로 수행되기에는 어려움이 있다. 따라서, 가스 하이드레이트의 생산성 및 퇴적층의 안정성 평가를 위해서는 전산 수치 해석이 필수적으로 수행되어야 한다. 이 연구에서는 여러 가지 가스 하이드레이트 생산 방법 중 감압법을 이용한 생산 시 목표 공저압 및 감압속도에 따른 하이드레이트 퇴적층의 안정성과 가스 생산성에 대한 영향을 전산 모사 해석을 통해 분석하였다. 연구결과 목표 공저압이 낮을수록 생산성은 향상되고 안정성은 악화되는 것을 확인하였고, 감압 속도는 가스 생산성 및 퇴적층의 안정성에 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다. 추가적으로 실제 시험 생산 시 발생할 수 있는 사질생산 현상에 대한 대응 전략 수립을 위해 감압 속도 조절에 따른 가스 생산성 및 퇴적층의 안정성 평가 해석을 수행하였다. 해석 결과 낮은 감압 속도에서 높은 감압 속도로 변경 시킬 경우 안정성 확보에 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 가스 생산 시 하이드레이트 해리로 인한 퇴적층의 침하가 발생하고 시추 생산정 하부에서는 압력 구배로 인해 지반 융기가 발생하는 것을 확인하였다. 이 결과를 통해 감압법을 활용한 가스 생산 시 목표 공저압 선정을 위해서는 생산성 및 안정성에 대한 고려가 동시에 수행되어야 하며, 지반 변위로 인해 생산 시추공에 발생하는 응력에 대한 고려도 필수로 수행되어야 한다는 결론을 얻었다.