• 대한기계학회논문집B
• /
• 제31권1호
• /
• pp.29-39
• /
• 2007

A second-moment closure is applied to the prediction of a homogeneous turbulent shear flow laden with mono-size particles. The closure is curried out based on a 'two-fluid' methodology in which both carrier and dispersed phases are considered in the Eulerian frame. To reduce the number of coupled differential equations to be solved, Reynolds stress transport equations and algebraic stress models are judiciously combined to obtain the Reynolds stress of carrier and dispersed phases in the mean momentum equation. That is, the Reynolds stress components for carrier and dispersed phases are solved by modelled transport equations, but the fluid-particle velocity covariance tensors are treated by the algebraic models. The present predictions for all the components of Reynolds stresses are compared to the DNS data. Reasonable agreements are observed in all the components, and the effects of the coupling of carrier and dispersed phases are properly captured in every aspects.

• 물과 미래
• /
• 제23권4호
• /
• pp.487-497
• /
• 1990

원자력·화력, 제철소 등의 임해공업시설로부터 온수 방출의 확산에 대한 정성, 정량적 예측은 환경관리 및 냉각수 취·배수로 설계에 매우 중요하다. 본 연구는 난류 및 부력효과가 강한 온배수의 주요 물리적 특성을 규명하고 실무에 많이 사용되고 있는 MIT 및 PDS 적분모델의 비교평가를 실시하였다. 일반적으로 MIT 및 PDS 모델은 성층화되지 않은 수역에서 주위수 및 제트 방출각도를 고려하여 온배수 거동을 산정하는 모델이다. 해석결과는 그 구성의 상이성에 의해 매우 다름이 규명되어, 온배수의 정확한 산정을 위해서는 난류모델을 이용한 수치모델의 개발 및 이의 적용이 요구된다.

• 한국수자원학회논문집
• /
• 제38권11호
• /
• pp.973-984
• /
• 2005

3차원 열동수역학 모형을 개발하여 지형학적으로 복잡한 자연 저수지에서 안정한 성층류의 선택 취수를 부정류 모의하였다. 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 해석하였다. 개발된 수치모형을 3차원 난류, 성층화된 전단층흐름에 적용하여 검정을 하였다. 수치해석결과는 실험실에서 관측된 선택취수시의 속도 및 온도분포의 일반적인 형상을 양호하게 예측하는 것으로 나타났으나, 자연 저수지에서의 흐름에 대한 적용시에는 속도의 크기를 과대모의 하는 것으로 나타났다. 수치모의에서 구해진 선택취수의 물리적 특성을 논하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
• /
• pp.89-89
• /
• 2019

수환경으로 유출되는 유해화학물질은 독성을 가지고 직접 유출되거나 다양한 매체와 반응하여 화재 및 폭발 등의 사고가 발생한다. 실제로 낙동강 유역에서는 1991년 페놀 유출사고를 시작으로 2009년 구미공단 '1,4-다이옥산' 유출사고, 2014년 11월 경북 봉화군의 황산유출사고 등 크고 작은 사고가 빈번히 발생하고 있으며 작년 6월에는 대구와 부산의 수돗물에서 과불화화합물이 검출되기도 하였다. 이러한 대규모 사고를 방지하기 위해 신속한 오염물의 거동 예측이 가능한 추적모델이 필요하며, 본 연구에서는 수환경으로 유출된 유해화학물질의 추적을 위한 1차원 저장대 모형을 개발하였다. 일반적으로 저장대 모형은 복잡한 하천 구조를 하천의 주 흐름이 존재하는 본류대와 하천 흐름이 정체되는 저장대, 그리고 하상구조로 단순화 하여 나타낸다. 본류대에서는 하천흐름에 의한 이송 및 횡방향 유속차로 발생하는 전단류에 의한 확산이 일어나며, 저장대와의 물질교환으로 발생하는 저장효과와, 하상구조와의 흡착 및 탈착, 그리고 생물화학적 반응 및 휘발이 발생한다고 가정한다. 본류대와 저장대간의 질량교환은 난류유속변동과 농도차에 의해서만 발생한다고 가정하고 오염물질의 이송과 분산과정을 해석한다. 저장대에서는 이송 및 전단류에 의한 확산은 일어나지 않으며, 본류대와의 물질교환으로 발생하는 저장효과와 하상구조로의 흡착, 그리고 생물화학적 반응 및 휘발이 발생한다고 가정하며, 하상구조에서는 본류대 및 저장대와의 흡착 및 탈착만 발생한다고 가정한다. 저장대 모형의 해석을 위해서는 리치(Reach) 별로 본류대 분산계수($K_F$), 본류대 면적($A_F$), 저장대 면적($A_S$), 그리고 저장대 교환계수(${\alpha}$)의 네 가지 저장대 매개변수가 필요하며 본 연구에서 개발된 저장대 모형은 흡탈착, 생물화학적 반응 및 휘발 과정을 모두 고려하여 유해화학물질의 확산 거동을 모의한다. 최적의 리치길이, 흡탈착, 반응 및 휘발 계수를 산정하여 모형의 정확도를 향상시켰으며, 신속하고 정확하게 오염물의 거동을 예측할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
• /
• pp.143-143
• /
• 2023

최근 대청댐('17), 평림댐('19) 등 광역 취수원에서 망간의 먹는 물 수질기준(0.05mg/L 이하) 초과 사례가 발생되어, 다수의 민원이 제기되는 등 취수원의 망간 관리 중요성이 부각되고 있다. 특히, 동절기 전도(Turn-over)시기에 고농도 망간이 발생되는 경우가 많은데, 현재 정수장에서는 망간을 처리하기 위해 유입구간에 필터를 설치하고 주기적으로 교체하는 방식으로 처리하고 있다. 그러나 단기간에 고농도 망간 다량 유입 시 처리용량의 한계 등 정수장에서의 공정관리가 어려워지므로 사전 예측에 의한 대응 체계 고도화가 필요한 실정이다. 본 연구는 광역취수원인 주암댐을 대상으로 망간 예측의 정확도 향상 및 예측기간 확대를 위해 다양한 머신러닝 기법들을 적용하여 비교 분석하였으며, 독립변수 및 초매개변수 최적화를 진행하여 모형의 정확도를 개선하였다. 머신러닝 모형은 수심별 탁도, 저수위, pH, 수온, 전기전도도, DO, 클로로필-a, 기상, 수문 자료 등의 독립변수와 화순정수장에 유입된 망간 농도를 종속변수로 각 변수에 해당하는 실측치를 학습데이터로 사용하였다. 그리고 데이터기반 모형의 정확도를 개선하기 위해서 성층의 수준을 판별하는 지표로서 PEA(Potential Energy Anomaly)를 도입하여 데이터 분석에 활용하고자 하였다. 분석 결과, 망간 유입률은 계절 주기에 따라 농도가 달라지는 것을 확인하였고 동절기 전도시점과 하절기 장마기간 난류생성 시기에 저층의 고농도 망간이 유입이 되는 것을 분석하였다. 또한, 두 시기의 망간 농도의 변화 패턴이 상이하므로 예측 모델은 각 계절별로 구축해 학습을 진행함으로써 예측의 정확도를 향상할 수 있었다. 다양한 머신러닝 모델을 구축하여 성능 비교를 진행한 결과, 동절기에는 Gradient Boosting Machine, 하절기에는 eXtreme Gradient Boosting의 기법이 우수하여 추론 모델로 활용하고자 하였다. 선정 모델을 통한 단기 수질예측 결과, 전도현상 발생 시기에 대한 추종 및 예측력이 기존의 데이터 모형만 적용했을 경우대비 약 15% 이상 예측 효율이 향상된 것으로 나타났다. 본 연구는 머신러닝 모델을 활용한 망간 농도 예측으로 정수장의 신속한 대응 체계 마련을 지원하고, 수처리 공정의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 기대되며, 후속 연구로 과거 시계열 자료 활용 및 물리모형과의 연결 등을 통해 모델의 신뢰성을 제고 할 계획이다.

• 한국전산유체공학회지
• /
• 제3권1호
• /
• pp.89-99
• /
• 1998

한국형 차세대원자로에서는 비상노심 안전주입수가 저온관을 통하지 않고 원자로용기에 직접 주입된다. 원자로용기의 가압열충격과 열수력적 관점에서 최적의 노즐위치를 결정하기 위해서 전산유체역학을 활용하였다. 상용 전산유체코드인 CFX를 이용하여 원자로 하향유로를 모사하는 해석대상 격자를 다중불록으로 형성한 다음 유동장을 비압축성 Navier-Stokes 운동량 방정식, 에너지 방정식과 표준 k-ε 난류모형 등으로 모형화하여 3차원 비정상상태 계산을 수행하였다. CFX에서는 경계 밀착좌표계, 비엇물림격자와 SIMPLE 알고리즘을 사용한다. 본 연구결과 원자로용기의 가압열충격 관점에서 가장 보수적인 사고인 증기관 파단사고시에도 열적혼합이 잘 일어나 가압열충격이 발생할 가능성이 없는 것으로 판단되며 안전주입수 노즐이 저온관 바로 위에 위치할 때 원자로 하향유로 내의 온도 분포가 가장 균일하여 열적 혼합 관점에서는 최적의 위치로 판단된다.

• 물과 미래
• /
• 제25권1호
• /
• pp.111-119
• /
• 1992

간척사업에 있어 용수원이 되는 깊은 담수화호에서는 체절후 온도 및 염분농도차에 의한 이층류가 발생하게 되며 이중 저층염분수는 밀도류 흐름의 구조특성상 배수\ulcorner문만으로 배제가 어려우므로 별도의 저층배수시설을 계획하여 담수호화를 촉진하고 있다. 성층화된 담수화호에서 상층부의 염도변화에 영향을 주는 요소로는 크게 나누어 세가지로 대별한다. 첫째는 상, 하층간의 밀도차에 의한 내부경계면의 난류현상, 둘째는 상층부의 흐름과 요동(바람,파)에 의한 혼합작용, 셋째는 하층부 호저토에서 발생되는 염분의 확산이다. 따라서 담수호화 모형을 위한 이층류흐름의 염분평행방정식을 구획하고 이 모형이 가지는 여러 가지 매개변수를 현장에서 실측된 염분농도변화에 부합하도록 유도하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제24권7호
• /
• pp.930-938
• /
• 2018

잠수함에서 발생하는 수중방사소음은 적함의 소나에 의해 피탐될 확률과 직결되며, 잠수함 저소음화 방안은 생존성 향상을 위해 필수적이다. 최신 잠수함의 경우 기계류 소음저감 및 고속/대형화가 진행됨에 따라 선체 주위에 발생하는 유동소음에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 자유수면의 효과를 고려하여 잠수함 형상 주위에 발생하는 유동소음 수준을 예측할 수 있는 소음해석기법을 개발하였다. 잠수함이 자유수면 근처 운항시에 잠수함 주위 유동장의 교란에 의해 발생하는 난류유동소음과 쇄파버블에 의한 소음이 발생한다. 먼저 잠수함 주위 유동장 해석을 위해, VOF법 기반의 비압축성 이상유동(two-phase flow)해석을 수행하여 잠수함 주위 자유수면 형상과 유동장 정보를 도출하였다. 이후 난류유동소음해석을 위해 음향상사기법인 Permeable FW-H를 적용하였고, 쇄파버블 소음해석을 위해 유동해석에서 도출된 난류운동에너지 분포결과를 기반으로 쇄파버블 소음모델을 적용하였다. 최종적으로 개발된 유동소음 해석기법은 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 잠수함 모형 유동소음계측 실험결과와 비교를 통해 검증을 수행하였다.

• 한국지구과학회지
• /
• 제31권7호
• /
• pp.738-748
• /
• 2010

도심지 빌딩에 의한 그림자가 대기경계층에 미치는 영향을 파악하기위하여 위성자료 분석과 수치실험을 실시하였다. 연구에 사용된 위성은 한국다목적위성(KOMSAT-2)의 가시자료이며, 수치모형은 다중반사도 계산을 위한 반사도 계산모형과 지표면 열수지를 계산하기 위한 오레건주립대학교 경계층 모형의 2가지이다. 위성자료 분석에서 고층빌딩이 밀집한 지역은 그렇지 못한 지역에 비하여 반사도가 최대 17% 낮게 산정되었다. 이는 건물의 그림자가 원인으로 작용한다. 그리고 반사도의 일변화는 태양고도에 따라 다르며, 정오에 가장 작은 값을 나타낸다. 건물 밀도가 높은 경우 지표면 온도가 $43.5^{\circ}C$까지 상승하는데 비하여 건물 밀도가 낮은 지역의 경우 지표면 온도는 $37.4^{\circ}C$까지 상승한다. 그러나 높은 빌딩에 따른 기계적 난류에 의하여 반사도에 의한 온도상승이 직접적으로 대기온도상승과 연결되지는 않는다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2006년도 학술발표회 논문집
• /
• pp.1561-1565
• /
• 2006

수제는 주로 호안 또는 하안 전면부에 설치하는 구조물로써 기존의 수제 설치는 하안 및 제방의 보호, 유로제어 및 주운 등의 목적에 의해 이루어졌다. 최근 들어서는 수제하류부의 흐름분리로 인해 발생되는 재순환 영역(recirculation zone)과 국부세굴에 의해 발생하는 세굴공이 수중생물의 다양한 서식처 및 홍수 시어류의 피난처로 활용될 수 있다는 점 등의 환경기능이 부각되면서 수제에 대한 설치목적이 다양화 되었다. 월류수제는 흐름이 수제 투과정도를 나타내는 투과율과 함께 다뤄지기는 기존의 실험연구에서는 수위가 수제의 머리부를 초과함에 따라 월류되는 흐름은 과도한 난류의 발생 등 투과수제에 비해 수제부근에 더 많은 영향을 미친다고 하였다. 이러한 과도한 난류의 발생은 수제를 월류하는 흐름은 상류에서는 가속되다가 수제 하류부로 흘러내리면서 다시 감속되어 교란되기 때문이다. 이러한 월류수제의 흐름특성은 수제 주변 국부세굴에 영향을 미친다. 특히 우리나라 하천은 홍수시 수위의 변화가 매우 크기 때문에 일반적인 불투과 수제라 하더라도 대부분의 수제가 월류수제처럼 거동한다. 따라서 수위가 증가함에 따라 월류가 발생하는 수제의 경우 비월류 구조물과는 세굴심의 변화가 다르게 발생할 수 있다. 본 연구에서는 월류수제 주변에서 발생되는 국부세굴이 수중생물의 다양한 서식처 및 피난처로 활용될 수 있다는 관점에서 세굴영역(세굴부피)과 세굴심의 관계에 대한 수리모형실험을 수행하고 분석하였다. 월류수제의 세굴실험은 축척의 영향을 최소화하기 위해 $7m(W){\times}40m(L){\times}1.5m(H)$ 규격의 대형 수로에서 수행하였으며 세굴변화에 미치는 시간축척의 영향을 파악하기 위해 $70{\sim}90$ 시간 동안 실험을 수행하였다. 세굴의 측정은 투명한 아크릴로 제작된 수제 내부에 CC카메라를 수제 전 후면 및 측면에 설치하여 월류수제의 세굴 발생을 실시간으로 측정하며 동시에 수제의 각 면에 각각 3개의 압력센서를 설치하여 압력분포를 측정함으로써, 월류수제 주변의 압력변화에 따른 세굴심의 실시간 변화를 비교할 수 있도록 하였다.