• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1179-1183
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• 2007

관망 내에서 흐름의 연속 방정식과 운동량 방정식을 상 미분으로 전개하여 해석한 특성선 방법은 주로 가압 관망체계(Pressurized Pipeline System)에서의 부정류 해석(Unsteady Analysis)에 사용 된다. 그러나 이특성선 방법은 천이류 해석을 위한 관망 재구성 과정에서 Courant수 조건의 만족을 위한 관의 재배열에 천문학적인 계산용량과 시간이 필요하다는 단점이 있다. 이는 현장 적용 시 압력파 전파속도의 불확실성과 연계되어 상당한 장해요소가 되고 있다. 이에 대안적인 방법으로서 임펄스응답법이 개발되었다. 이는 경계지점에서 복소수 유량에 대한 복소수 수두의 비율로써 정의된 관망에서의 수리임피던스를 역퓨리에 변환에 적용하여, 주파수 영역의 수치를 시간 영역으로 변환하여 응답함수를 산출한 후, 산출된 응답함수와 구해진 경계지점에서의 유량과의 적분을 통하여 임의의 지점에서의 수두 및 유량을 계산하는 방법이다. 임펄스 응답법은 관 부속물관의 특성을 기술하는 수학적 표현의 난해함으로 인해 지금까지는 단일관에 대한 연구에만 국한되어 왔다. 본 연구에서는 임펄스응답법을 수리구조물이 부착된 관망에 적용하여 다양한 조건에서 천이류 분석을 시행하였다. 즉, 에어챔버 및 서지탱크와 같은 수리구조물을 각각에 대한 수리임피던스를 구하고, 가지관 및 통합 관성항으로 취급하여 수리구조물을 처리하였다. 그리고 이러한 결과를 특성선방법과 비교하여 그 적절성을 검증하였는데, 특성선 방법에 의한 모의 결과와 비교하였을 때, 일치하는 결과를 나타내었다. 임펄스응답법에 의한 모의 결과에서 감쇄효과를 과대평가하는 경향이 관찰되었다. 이는 임펄스 응답법의 가정에 기인한 것으로써 난류 상태의 흐름에서 상당한 불일치를 가져올 수 있으나, 수리 구조물에 의한 수격압이 감쇄되는 과정에서 대부분 흐름이 층류 상태로 전환된다고 가정 할 때는 상당한 적용성이 있다. 본 연구는 수리구조물이 부착된 관망의 해석함에 있어서 임펄스응답법의 적용이 가능함을 보였고, 이는 보다 복잡한 관망에서의 천이류 해석이 가능함을 시사한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.649-653
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• 2010

일반적으로 계획 또는 설계 단계에서 수행되고 있는 관거 시설의 수리계산에는 연결관 내에서의 마찰손실만을 감안하여 수행하고 있으며, 맨홀에서의 에너지 손실은 고려되지 않는 실정이다. 그러나 연결관 내부와 맨홀의 내부는 여러 가지 수리학적 조건이 다르므로 에너지 손실이 발생하게 된다. 더욱이 직선으로 연결된 중간맨홀보다 두 개의 유입관과 한 개의 유출관으로 구성된 합류맨홀은 연결 구조상 유수교란에 의한 에너지 손실이 커질 것으로 예상됨에도 불구하고 현재 실무에서 우수 배수시설의 설계 시 직선 연결맨홀과 합류맨홀의 손실을 구별하지 않고 사용하고 있는 실정이다. 그러므로 합류맨홀에서 우수 관거 시스템의 우수 배제 능력을 증가시켜 도심지의 침수를 방지하기 위한 관거시설의 적정 설계 기준이 필요하며, 합리적인 설계 기준을 제시하기 위하여 합류 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 수리 모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 과부하 합류 맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다. 또한 동일한 수치모의 해석 조건을 실제 합류맨홀에 적용하여 실제 합류 맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였다. 수치모형의 적용 결과 맨홀 내에서의 유속변화, 수심변화 및 압력변화에 대해서는 수리모형 실험 결과와 유사한 경향을 나타내고 있으며, 수치모형에 의하여 산정된 합류 맨홀에서의 손실계수 값과 수리모형에 의하여 산정된 손실계수 값이 거의 유사하게 나타났다. 또한 동일한 수치모의 해석 조건을 실제 합류맨홀에 적용하여 합류맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였으며, 산정된 손실계수는 우수관거 시스템의 설계 및 평가에 사용가능하리라 판단된다.

• 플랜트 저널
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• 제15권4호
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• pp.36-42
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• 2019

최근 환경 규제 정책 강화에 따른 입지 제약발생으로 발전소 부지가 높아지고 냉각수 관로의 길이가 증가되어 냉각수 계통 내 수격현상이 심화된다. 이는 발전소 안정성에 심각한 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 수두가 높은 1,000 MW급 대용량 석탄화력발전소 냉각수계통에 대한 안정성을 확보하고자 비정상상태 1차원 해석 상용 소프트웨어인 LIQT 7.2을 사용하여 과도현상을 분석하고, 수격현상을 저감하기 위해 수격방지장치를 개별 및 조합 적용하여 성능특성에 대한 효과를 예측하였다. 수격방지 장치를 설치하지 않고 펌프가 불시 정지되었을 경우 발생하는 냉각수 서지압력은 펌프 출구 측에서 가장 크게 나타났다. 이러한 냉각수계통의 서지압력을 저감시키는 가장 효과적이고 간단한 방법은 펌프 보호를 위해 필수적 장치인 유압구동역류방지밸브에 진공파괴밸브를 조합한 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권6호
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• pp.5-16
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• 2002

사면 내의 지하수 유동과 사면의 안정성에 대한 강수의 영향을 평가하기 위하여 수리지질역학적 수치 모델이 제시되었다. 이 수치 모델은 변형성 지질매체 내에서의 포화-불포화 지하수 유동을 설명하는 완전 연동된 간극탄성론적 지배 방정식들과 Galerkin 유한요소법에 근거하여 개발되었다. 이렇게 개발된 완전 연동된 수리지질역학적 수치 모델은 다양한 강수량 조건 하에 있는 불포화 사면에 대한 일련의 수치모의실험에 적용되었다. 이러한 수치모의실험 결과들은 강수량이 증가할수록 사면의 전반적인 수리역학적 안정성이 저하되며 잠재적인 파괴가 사면 전단부에서부터 시작되어 사면 정상부 쪽으로 팽창됨을 보여주고 있다. 강수량이 증가함에 따라 수리지질학적으로는 압력수두와 전체 수리수두가 증가한다. 그 결과 지하수면이 상승하고 불포화대가 감소하며 삼출면이 사면 전단부로부터 사면 정상부쪽으로 팽창하고 이러한 삼출면에서의 지하수 유동 속도도 증가하게 된다. 한편 강수량이 증가함에 따라 지질역학적으로는 사면 전단부를 향해 수평 변위는 증가하지만 수직 변위는 감소하게 된다. 이는 강수량 증가에 따른 지하수면의 상승에 수반하는 부력에 기인하는 것으로 해석된다. 그 결과 사면의 전반적인 변형이 사면 전단부를 향해 심화되고 전단파괴 안전율이 1 이하인 불안전한 지역이 사면 전단부에서 두꺼워지면서 사면 전단부에서부터 사면 정상부 쪽으로 팽창하게 된다. 또한 수치모의실험 결과들은 이러한 잠재적인 전단파괴면과 지표면 사이의 지반에서는 잠재적인 인장파괴가 발생할 수 있음을 보여주고 있다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.57-63
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• 2004

강널말뚝(sheet pile)은 지하수의 침투저하 및 누수방지를 위하여 토목공사에서 폭넓게 이용되고 있으며, 특히 최근에는 강널말뚝의 지수효과로 인하여 오염된 지역의 지하수 흐름 또는 침출수의 차폐에도 사용되고 있다. 따라서 본 논문에서는 Z형 강널말뚝을 오염지역의 오염물질 차폐방법으로 적용할 경우에 대하여 살펴보았다. 이를 위하여 지수재의 도포조건과 강널말뚝의 시공조건 그리고 지반조건에 따른 Z형 강널말뚝의 연결부에 대한 실내 및 현장실험을 실시하였다. 실험결과, Z형 강널말뚝에 대한 모형실험을 통하여 지반조건에 따른 강널말뚝의 팽창지수재 도포방법, 강널말뚝 설치방법, 지반조건, 압력수두에 따른 투수특성을 파악하였으며, Z형 강널말뚝 연결부분의 효과적인 지수방안을 강구하였다. Z형 강널말뚝의 장기적인 지수효과는 강널말뚝 연결부의 자연적인 막힘 현상에 의하여 얻을 수 있으며 단기적인 지수효과는 지수재 도포에 의하여 효과적으로 얻을 수 있다. 본 실험결과로 인하여 Z형 강널말뚝이 오염지역의 차폐에 효과적으로 적용될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국물환경학회지
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• 제23권5호
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• pp.683-688
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• 2007

질량보존의 법칙과 Darcy의 법칙으로 표현되는 Richards 방정식은 비포화대의 토양수분흐름을 모의하는데 널리 사용되어 왔다. Richards 방정식은 압력수두의 항으로 표현되는 방정식, 토양수분의 항으로 표현되는 방정식, 그리고 이 둘을 혼합한 형태의 방정식 등, 세가지 형태로 표현할 수 있다. 고차의 비선형 항들을 포함하는 이 편미분방정식들을 수치해석방법으로 풀 때, 질량 비보존을 수반하는 오류의 결과가 초래될 수 있다. 세가지 방정식들 중 혼합형 Richards 방정식이, 다른 추가적인 계산없이 질량을 온전히 보존하는 것으로 알려져 있다. 이 연구의 목적은 동질성 토양에서의 1차원적 연직방향 비포화수 흐름모의를 위해, Richards 방정식의 질량보존적 수치해석법을 완전음해 유한차분법으로 개발하고, 이를 통해 민감도 분석을 실시하여 토양특성인자들과 토양종류에 따른 침투율의 변화를 살펴보는 데 있다.

• 지질공학
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• 제14권4호
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• pp.429-442
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• 2004

1999년 부산광역시에서 발생한 황령산 산사태는 평면파괴 형태였다 그 후, 황령산 절개사면은 재시공 되었으며 최종 구배는 1:2.0이었다. 수평변위, 간극수압 및 축력을 측정하기위하여 공사중인 2000년 8월부터 2002년 2월까지 파괴사면에 대한 계측이 실시되었다. 계측결과를 종합 고려하면, 강우량에 비례해서 간극수압이 증가되지만 강우 후 지반의 압력수두가 신속히 감소하여, 지표에서 유입된 강우가 사면을 따라 신속히 배출되는 것으로 사료된다. 또한, 경사계 및 하중계 계측자료의 분석결과, 지반의 거동은 거의 없으므로, 사면도 안정된 것으로 사료된다. 특히 본 연구지역과 같이 강우와 관련된 산사태 지역의 경우 자동화 계측을 통해서 간극수압의 신속한 증감을 알 수 있었으며, 추후 이러한 주요 시설 사면에서 자동화 방식에 의한 계측관리가 사면의 안정성을 판단하는데 더욱 효과적일 것으로 사료된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.289-298
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• 2000

본 연구에서는 대구광역시에 위치하고 있는 서변 펌프가압장에서 발생되는 수격압을 최소화하기 위해 사용되는 감압밸브와 공기밸브의 최적 위치결정과 감압밸브의 최적 열림정도를 도모하였다. 가압장에서 발생하는 펌프의 급정지에 기인한 수격현상은 특성선방법을 이용하여 모의를 하였다. 최적화 방법은 강력한 탐색능력을 가지고 있으며 특히 비선형 문제를 해결하는데 탁월한 성능을 가지고 있는 유전자 알고리즘을 이용하여 실시하였다. 유전자 알고리즘의 계산결과는 감압밸브의 열림시간을 적게 할수록 최고 압력수두의 완화에 효과적이고, 열림시간을 크게 할수록 최대부압의 완화에 효과적임을 알 수 있었다. 본 연구는 특성선방법을 기반으로 하는 관망부속물들의 해석이 유전자 알고리즘과 결합되어 관로내 관로부속물의 최적설계에 도움을 줄 수 있음을 보여준다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권1호
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• pp.130-137
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• 2019

원심 해수냉각 펌프를 분석하기 위하여 다른 운전 유량에 대한 캐비테이션 거동을 조사하였다. 3D 2상 해석은 ANSYS-CFX 상용코드로 수행되었다. 해석에는 $k-{\varepsilon}$ 난류와 Rayleigh-Plesset cavitation 모델이 사용되었다. 수치 예측에 기초하여 세 가지 토출 유량값에 대하여 헤드 드롭 특성곡선이 작성되었다. 더 높은 유량에서 임펠러는 버블 캐비테이션에 보다 취약하다. 0.7Q, Q 및 1.3Q(Q: 설계 유량)에서 작동하는 펌프의 3 % 헤드 드롭 위치는 각각 NPSHa 1.21 m, 1.83 m 및 3.45 m에 해당한다. 증기 기포의 볼륨이 예측되고 캐비테이션의 위치는 임펠러 내에서 발생하는 캐비티를 시각화하여 예상하였다. 또한, 압력계수와 날개 부하 분포가 구체적으로 제시되어 캐비테이션이 펌프 운전에 미치는 해로운 영향을 나타냈다. 또한, 압력계수 분포와 날개부하 차트가 구체적으로 제시되어, 펌프 운전에 캐비테이션이 미치는 해로운 영향을 나타냈다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권spc1호
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• pp.1223-1234
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• 2022

기후변화에 대처하기 위한 온실가스 저감 노력은 상하수도 분야에서도 활발하게 진행되어 왔으며, 특히, 상수도 생산 및 공급과정에서 많은 에너지를 소비하는 상수관망의 에너지를 절감하기 위한 많은 기술개발이 이루어져왔다. 상수관망의 에너지 절감은 지형의 기복으로 발생되는 구조적 손실의 저감과 누수 및 마찰손실로 인한 운영 상 손실의 효율화를 통해 성취될 수 있음에도 실제 상수관망의 에너지 수지를 분석하는 단계에서 이들 인자들 상호간의 복합적 작용으로 인해 해석적인 접근뿐 아니라 수치모형을 이용한 모의에서도 한계를 노출하여 왔다. 본 연구에서는 지형의 기복, 누수 및 마찰손실의 유무에 따라 변화하는 유량, 압력수두 및 에너지를 5가지의 상수관망 상태(가설적 상태, 이상적 상태, 누수가 포함된 이상적 상태, 누수가 배제된 실제 상태, 실제 상태)에 대하여 수리 물리적 방정식을 도출하고, 이를 단순한 형태의 상수관망에 적용함으로서 에너지의 정량적 분석 및 분류, 각종 에너지 수지 구성요소별 분석과 이를 이용한 상수도 시스템의 에너지 진단이 가능하도록 하였다.