Fall Velocity Measurement in the Turbulent Flow Using Image Analysis Method

영상해석 기법을 이용한 난류 흐름 중 침강속도의 측정

Fall velocities of sand particles in the turbulent flow are analyzed through measurements using PTV. PTV is believed to be the only instrument to measure the fall velocity in the turbulent flow, since it can trace the individual particle. The method is verified by comparison with existing formula for still-water case. The experimental results show that the fall velocity in the turbulent flow decreases compared with that in still water, and decreases by 40% as the turbulent intensity normalized by the friction velocity increases upto 1.

본 연구에서는 난류 흐름 중에서 모래의 침강속도를 PTV를 이용하여 측정하였다. PTV는 영상해석기법을 이용하여 입자를 추적하는 방법으로 흐름 중의 침강속도를 측정할 수 있는 유일한 방법이라 판단된다. 실험은 흐름이 없는 경우와 흐름이 있는 경우로 나누어 실시하였다. 흐름이 없는 경우에 PTV로 측정한 침강속도를 기존문헌과 비교한 결과 잘 일치하여 기법의 타당성을 입증하였다. 흐름이 있는 경우에는 유속이 증가함에 따라 침강속도가 감소하는 것으로 밝혀졌다. 이는 유속이 증가함에 따라 난류강도가 증가하여 난류강도가 침강속도의 감소에 영향을 비치는 것으로 판단된다. 난류강도와 침강속도의 관계를 분석한 결과 마찰속도로 무차원화된 침강속도는 정지유체중일때에 비해 약 40% 감소됨을 알 수 있었다.