• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.252-256
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• 2018

호우 시 산지하천 유역에서 빈발하는 토석류에 따라 하천 흐름에 들어온 전석과 같이 상대적으로 큰 물체는 하류로 이송되거나 하상에 퇴적하여 기존 흐름과 하상을 변화시키는 교란요인이 된다. 따라서 산지하천 흐름에서 전석의 영향을 예측하는 것이 필요하나 이는 유속, 전석의 크기와 형상, 유입조건, 부유사 농도 등 수 많은 변수들에 영향을 받기 때문에 그 경로를 정확히 예측하기 어렵다. 이 연구는 유리와 철로 된 구형물체가 개수로 흐름에서 이동하는 경로를 조사한 것이며 흐름의 수심, 물체의 크기와 초기침강조건을 고려하여 수리실험을 실시하고 물체의 이동경로와 유하거리를 분석하였다. 개수로 흐름에 유입한 구형 물체는 침강에 의한 항력과 유수에 의한 항력을 동시에 받는다. 이 힘은 물체의 형상, 유수의 점성, 난류, 물체와 물의 밀도차가 복합적으로 작용한 결과이며 구체의 이동경로와 시간을 좌우한다. 실험결과 개수로 흐름에서 낙하중인 구형물체는 하상에 가까워질수록 흐름방향 이동거리가 증가하였다. 물체의 수중무게가 작을수록 유수 중에서 체류하는 시간이 길고 이동거리가 더 크며, 구체에 작용하는 초기항력에 따라 초기 낙하각도와 이동거리가가 증가하는 것을 확인하였다.

• 오토저널
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• 제15권1호
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• pp.17-24
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• 1993

사출성형 문제는 열전달과 유체유동이 복합된 문제라고 할수 있다. 사출성형 공정은 충진(filling), 보압(packing) 및 냉각과정(cooling phase)으로 이루어 진다. 충진과정은 높은 점성의 Non-Newtonian유체가 몰드내의 캐버티로 사출됨으로써 이루어지며 플라스틱의 점성도는 플라스틱의 온도 및 유동속도와 관련이 크며 이 flow-rate는 점도와 더불어 변화한다. CAE 유동해석 프로그램은 유체의 흐름과 열전달을 이용하여 충진과정을 이해하는데 이용되고 있다. 본 고에서는 사출성형 과정 중 충진과정에 대한 컴퓨터 시뮬레이션과 그 적용사례에 대하여 살펴본다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권3B호
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• pp.293-303
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• 2011

비압축성 점성 흐름을 수치해석하기 위한 효율적인 대각행렬화된 근사 인수분해(DAF) 알고리즘을 개발하였다. 압력에 근거한 인공압축성(AC) 기법을 이용하여 3차원 정상 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 계산한다. AC 형태로 변형된 지배방정식은 2차 정확도의 유한차분법을 이용하여 공간에 대해서 이산화하였다. 이산화된 방정식계를 2차 정확도로 분할하기 위해서 본 연구에서 개발한 DAF 기법을 적용한다. 이 연구의 목적은 이 DAF 기법의 계산상 효율성을 검토하는 것이다. 만곡부를 갖는 사각형 덕트에서 완전히 발달한 층류 흐름과 발달하는 층류흐름 그리고 공동에서의 층류흐름에 대한 DAF 기법의 해석결과를 잘 알려진 4단계 Runge-Kutta(RK4)기법에 의한 해석해와 상대적으로 비교평가 하였다. 공간에 대해서 동일한 이산화기법을 이용하므로 동일한 격자상에서 계산된 DAF기법과 RK4기법의 해는 근본적으로 동일한 반면에, 이들 두기법의 계산상 효율성은 확연히 다른 것으로 나타났다. 본 연구에서 개발된 DAF기법은 적용한 모든 흐름 문제에 대해서 RK4기법에 비해 최소 2배 이상 적은 계산 시간만을 필요로 하는 것으로 나타났다. 이러한 DAF 기법의 계산상 효율성은 계산용량의 추가나 프로그래밍의 추가적인 복잡함이 없이 확보된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.237-237
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• 2022

우리나라 하천 내에 설치된 횡단구조물은 보 35,000개소 이상으로 전국 하천의 0.6 km마다 수공구조물이 위치해 있으며 이로 인해 종적(longitudinal) 연결성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 농어촌연구원의 조사에 따르면 하천 횡단구조물이 설치된 구간에 어도 설치율은 14.9%로 나타났으며 이는 수생태 관점에서 연속성이 매우 열악한 상태임을 확인 할 수 있다. 이에 우리나라 각 부처 국토교통부, 환경부 등에서는 수생태 연속성을 확보하고자하는 노력이 지속되고 있으며 대표적으로 어류의 이동통로인 어도를 설치하거나 기존 어도의 효율을 향상시키기 위하여 개보수 작업을 지속적으로 실시하고 있다. 어도의 기능을 평가하기 위해서는 어도 내의 수리특성을 정확히 파악하는 것이 중요한데 연속적인 구조물로 구성된 어도 내 흐름은 매우 복잡하다. 특히 어도 내 구조물간 상호작용에 의하여 비정상 흐름이 발생하며 구조물 뒤에서는 사수역(dead zone)이 형성된다. 사수역에서 나타나는 와류의 거동은 구조물의 기하학적 특성에 따라 변화한다. 본 연구에서는 2차원 수심적분 수치모형을 활용하였으며 벽면 근처 점성저층의 유속분포을 재현하기 위하여와 점성항에 감쇠함수(damping function)를 고려하였다. 수치모형의 검증을 위해 실내 실험수로의 직선 개수로에서 PIV(particle image velocimetry)를 활용하여 연속적으로 배치된 구조물에 의한 유속자료를 활용하였다. 이 결과는 향후 새로운 어도설계 혹은 기 설치된 어도의 수리학적 기능을 평가하는데 활용이 가능할 것으로 보인다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.170-170
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• 2015

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.339-339
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• 2015

우리나라는 매년 하절기에 급격한 강우로 인해 홍수의 발생빈도가 급격히 높아지고 있다. 이러한 홍수 발생으로 인한 재산 인명의 피해는 연평균 약 2조억원에 달하고 있다. 이러한 홍수 피해를 방지하기 위해 다양한 연구를 하고 있으며 본 연구에서는 홍수 흐름의 정확한 예측을 통해 홍수 피해 저감을 목표로 하고 있다. 기존의 연구에서는 홍수 흐름 예측을 하는데 있어 부정류 상태로 흐르는 홍수량에 따른 범람의 위치와 범위를 산정하는 것에 중점을 두었다. 그러나 홍수의 흐름은 물에 토사가 섞여 흐르는 혼합체의 흐름이기 때문에 홍수위 모의하는데 있어 물성치도 고려되어야 한다. 이러한 물성치 변화에 따라 홍수 흐름도 영향을 받을 것이라 생각하여 본 연구를 수행하였다. 본 연구에서 Non-Newtonian 특성을 고려하기 위해 Non-Newtonian 흐름과 일반적인 홍수 모의가 가능한 수치모형을 사용하였다. 사전 연구로 일반 사행수로 형태를 구성하고 사행수로에서의 흐름 물질을 달리하여 흐름 모의를 수행하였다. 흐름물질은 크게 물과 토석류로 나뉘고 토석류는 항복응력과 점성 등을 달리하였다. 또한 다양한 유량으로 흐름 모의를 하여 흐름 범람 시의 특징도 비교해 볼 수 있었다. 모의 결과 사행수로에서 흐름의 차이를 볼 수 있었으며 다양한 형태로 결과를 분석해 보았다. 흐름의 속도와 수심을 다양한 흐름 단면으로 비교하였고 범람되는 지역의 범위와 위치도 비교해 볼 수 있었다. 이러한 흐름 특성은 사행수로에서 곡률이 있는 부분에서 확실하게 확인할 수 있었으며, 홍수 흐름을 모의할 때 Non-Newtonian 특성과 같이 흐름에 영향을 미칠 수 있는 다른 특성에 대해도 고려해야 한다는 연구 가능성을 제시할 수 있었다.

• 한국해양학회지
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• 제30권1호
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• pp.13-26
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• 1995

Blumberg와 Mellor(1987)의 2 방정식 난류모형, Bleackadar(1962)의 1 산정식을 이용한 1 방정식 난류모양 및 Prandtl(1925)의 혼합거리식을 이용한 0 방정식 난류모 양을 일련의 등밀도 문제에 적용 비교하였다. 구체적으로 일정유량이 주어진 수심이 급변하는 수로의 흐름, 유한수로에서 의 조류의 연직구조 및 일정수심 수로에서 의 정 상상태 취송류 문제에 대하여 비교되었다. 불규칙한 수심에 일정유량이 주어진 수로 흐름 및 점모양을 이용한 조류의 수치실험에서는 적용된 난류모양 모두 거의 비슷한 결과를 보였으며, 비교적 관측된 유속구조와 부합하는 좋은 결과를 보였다. 그러나 정 상상태의 취송류 경우에는 2 방정식만이 관측된 유속과 부합하는 유속구조를 재현하 였으며, Blackadar의 l 산정식을 이용한 1, 0 방정식 난류모형은 수면근처의 유속을 관측치보다 작게 계산하였다. 이류항 및 수평확산항의 영향이 작은 조류 및 취송류의 경우, 2 방정식 난류모형에 의한 연직와점성계수 이류항 및 수평확산항의 영향이 작은 조류 및 취송류의 경우, 2 방정식 난류모양에 의한 연직와점성계수 및 특성길이의 연 직분포는 중간수심에서 최대값을 갖는 포물형이었으며, Blackadar의 l 산정식을 사용 한 1, 0 방정식 난류모형에 의한 연직와점성계수 및 혼합특성길이의 연직분포는 수면 에서 최대인 선형에 가까웠다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권1호
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• pp.1-13
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• 2020

높은 레이놀즈수를 갖는 공학적인 흐름을 예측하는 가장 일반적인 방법은 여전히 벽함수를 이용하는 난류모형에 근거한 RANS 수치모의이다. 최근 벽근처의 점성영역 관계식과 벽에서 떨어진 대수영역 관계식을 혼합하여 개발된 일반화된 벽함수들은 두 영역사이의 난류량과 유속이 부드럽게 천이하도록 한다. 이 연구는 난류운동에너지(TKE), 에너지 소산율, 비소산율, 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들을 조합하여 일련을 수치 모의를 수행하여 널리 이용되고 있는 난류모형들의 성능과 수렴 특성을 분석하였다. 이 연구 결과는 RNG k-𝜖 모형의 경우 첫번째 계산격자가 완충층에 놓이게 될 때는 반복 계산시 작은 허용오차를 이용하여 주의 깊게 적용을 하여야 안정된 해를 구할 수 있음을 보여준다. 표준 k-𝜖과 RNG k-𝜖 모형은 TKE와 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들 중 어느 것을 선택하여 적용하더라도 수치모의 결과가 민감하게 반응하지 않는 것으로 나타났다. 한편, k-ω SST 모형의 경우 TKE에 대해서는 kL-벽함수 그리고 와점성에 대해서는 nutUB-벽함수를 이용하여야 정확하고 안정된 경계 조건 설정을 보장할 수 있다. 레이놀즈수 155,000조건에서 적용한 후방계산흐름 수치모의 결과 격자 해상도에 상관없이 약 13% 정도 재부착 거리를 과소평가하는 모형을 제외하고 나머지 적용한 난류모형들 모두 적절히 세밀한 해상도의 격자에서 양호하게 재부착거리를 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.438-443
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• 2007

개수로 흐름에 대한 연구는 1700년대 중엽 Chezy에 의해 이론적인 기초를 다졌으며, 광범위하고 조직적인 관측연구는 Darcy(1803-1858)에 의해 약 150년 전에 폭 2m, 길이 600m에 이르는 수로에서 실험관측을 수행하고자 시도하였다. Darcy의 동료이자 후계자인 Bazin은 제한된 조건의 현장관측뿐 아니라 다양한 조건의 수로를 제작하여 실험관측을 수행하였으며 그의 실험자료는 Bazin 자신 뿐만 아니라 Manning이나 Ganguillet와 Kutter 등 여러 연구자들의 경험식 개발에도 이용되었다. Nikuradse(1933)의 균일조도 원형관수로 실험결과로부터 관로 흐름은 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯 종류의 흐름특성을 가지고 있음을 확인하였고 Bazin(1829-1917)과 varwick(1945)의 실험결과로부터 개수로 흐름에서도 관로 흐름과 마찬가지로 층류, 천이층류, 완난류, 천이난류, 전난류 등 다섯가지의 흐름특성이 존재함을 알 수 있다. 본 연구에서는 기존의 지수형 마찰계수 산정식에서 단순히 조고만의 함수였던 ${\alpha}$에 물의 기본적인 성질인 표면장력, 점성력, 밀도와 자연 하천의 경사, 수심, 수면, 폭, 조고의 영향을 고려한 수심에 관한 무차원수 $Y_h$, 수면 폭에 관한 무차원수 $Y_b$, 조고에 관한 무차원수 $Y_k$를 도입하였다. 따라서 개수로 흐름 해석에 있어서 기존의 마찰계수 산정치보다 여러 영향을 반영하여 정확한 값을 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1268-1271
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• 2007

트렌치 수로에서 동수압을 고려한 자유수면 흐름을 해석하고 난류 모형의 적용성을 제시하였다. 본 연구에 사용된 지배방정식으로 비정상 상태의 비압축성 유체에 대한 연속방정식과 비점성 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 난류완결문제를 해결하기 위해서 $\kappa-\varepsilon$방정식을 사용하여서 난류 와점성을 구할 수 있다. 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 3단계로 나누어서 해석하였다. 제 1단계에서는 운동량방정식을 연직방향에 대해 음해적으로 차분하였다. 제2단계에서는 유속과 동수압 보정항으로 이루어진 식을 연속방정식에 대입하여 타원형 방정식인 동수압-포와송 방정식을 해석하여 얻어지는 유속은 질량보존법칙을 만족하게 된다. 마지막으로 자유수면과 최종유속을 보정 및 계산하였다. 본 연구에서 제시한 수치모형을 검증하기 위해서, 트렌치 수로에서 난류의 흐름에 변화를 고려하기 위해 수치모의를 하였다. 전반적으로 수치모의에 의한 결과와 실험 자료가 일치하는 경향을 보였다.