• 한국수자원학회논문집
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• 제52권3호
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• pp.227-234
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• 2019

급격한 도시화와 산업화로 도심 재난 취약성이 증가하고, 전 세계적인 기후변화로 인한 극한 강우사상의 발생빈도가 증가하고 있다. 기존 방재시설의 용량한계를 넘어선 극한 강우사상의 발생으로 도심 지역의 침수피해 또한 증가하고 있다. 도심 침수피해를 예방하기 위해 지하공간을 활용한 지하저류 시설과 지하배수터널 활용이 급부상하고 있으며, 강우가 유입되는 지하유입구에 대한 수리학적 검토를 통한 성능 분석이 중요하다. 본 연구에서는 지하 유입구로 활용되고 있는 접선식(tangential) 유입구와 나선식(spiral) 유입구에 대해 유입유량 변화에 따른 유입부 수위를 계측하고 흐름 특성 변화를 분석했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 조건에서의 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 접선식 유입구에서는 고유량 유입조건 아래 도수(hydraulic jump)가 발생하며 유량 배제 효과가 급격하게 감소했다. 다단식 나선(multi-stage) 유입구의 경우, 접선식 유입구보다 유입유량 증가에 따른 수위 상승률은 높지만 저유량 및 고유량 유입조건에 대해 안정적인 유량 배제 효과를 유지했다. 또한, 실험에서 사용된 유입구 모형이 활용될 수 있도록 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 대한 수위-유량 관계 실험식(empirical formula)을 제시했다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권4호
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• pp.235-243
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• 2019

급격한 기상변화로 인한 극한 강우와 집중폭우의 발생빈도 증가로 기존 수방시설의 한계 용량을 초과해 도심지 침수피해가 빈번하게 발생하고 있다. 최근 도시화 추세가 급격하게 빨라지면서 수방시설 등 사회기반시설에 대한 지하공간 개발의 필요성이 증가하고 있으며, 지하공간을 활용한 지하방수로와 지하저류지 기술이 급부상하고 있다. 본 연구에서는 지하유입시설의 대표적 형상인 접선식 유입구와 나선식 유입구에 대한 공기 배출효과를 분석하기 위해 유입유량 변화에 따른 수직갱 내부 공기공동(air-core)의 형상 크기를 계측했다. 나선식 유입구의 경우, 저유량 유입조건에서 와류 유도 효과를 개선하기 위해 유입부 바닥면에 계단형 다단식 구조를 도입했다. 수직갱 내부 공기공동의 전체적인 평균 단면적의 경우, 다단식 나선 유입구가 접선식 유입구보다 10% 정도 크게 나타나 고유량 유입조건에서 높은 공기 배출 효과와 유입효율을 나타냈다. 접선식 유입구의 경우, 유입구가 가지는 고유 성능을 유지할 수 있는 최대 유량 조건을 초과하면서 공기 배출 효과가 감소하기 시작했다. 또한, 실험에서 사용된 접선식 유입구와 다단식 나선 유입구 모형에 활용 가능한 기초자료를 제공하기 위해 수직갱 내부 위치에 따른 공기공동 단면적에 대한 실험식(empirical formula)을 제시했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권1호
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• pp.506-514
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• 2014

최근 국내에서 도심지 홍수로 인한 피해 발생이 증가하면서 차집된 다량의 강우를 일시에 배출할 수 있는 와류 유입구에 대한 관심이 증가하고 있다. 이 중 접선식 유입구는 구조가 단순하고 크기가 작아 적용성이 높으나 설계 유량보다 작은 유량에 대해서 와류가 형성되지 못하는 단점이 있다. 본 연구에서는 이를 보완하여 새롭게 제안된 2가지 종류의 복단면형 접선식 와류 유입구의 수리 특성을 3차원 수치모의를 통해서 분석하였다. 기존에 제시된 한계수심 이론과 자유 배수 조건 이론을 이용하여 복단면 형상의 접선식 와류 유입구의 특성을 흐름 상태, 수면형, 수심-유량 관계, 공기 기둥 면적비 측면에서 분석하였다. 종합적인 수리 특성 분석 결과 완경사형 복단면 접선식 유입구가 최적안으로 판단되나 설계 유량이 작은 경우에는 급경사형 복단면도 가용한 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.604-604
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• 2012

국지성 집중호우에 따른 도심지 내수 침수 피해의 주원인으로 하수관거의 설계기준을 초과하는 강우가 침수피해의 주요 원인이며, 도심화로 인해 불투수 면적이 증가함에 따라 유출되는 시간이 짧아 저지대의 피해는 불가피하다. 2010년과 2011년에 100년 이상의 강우사상이 서울시에 연이어 나타나면서 집중호우로 인한 피해지역이 유사하게 나타났으며, 광화문 거리의 연이은 침수는 현재 서울시의 하수관거의 용량과 빗물펌프장 및 저류조 시설로 구성된 기존 수방대책의 한계점을 보이고 있다. 이에 서울시는 광화문 일대의 배수능력을 향상시키기 위하여 효자배수분구 빗물배수터널을 계획하고 있다. 일본, 미국 및 유럽 등지에서는 대심도 지하수로 시설에 대한 수리실험 및 수치 연구를 바탕으로 다양한 지하방수로가 건설되어 국지성 집중 강우에 대해 적절히 대응하고 있으나, 국내의 경우에는 대심도 지하방수로 시설에 대한 연구가 미비하여 지하방수로 설계 지침 및 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널 시설에서의 흐름특성 분석에 관한 수리실험 및 수치해석 등의 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 빗물배수터널 시설의 접선식 유입구에 대한 흐름특성을 수치모의 하였다. 접선식 유입구 및 수직갱(drop shaft)에 대한 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지와 난류 에너지 소산율 $\epsilon$의 전달 방정식을 도입한 k-$\epsilon$ 난류 모형을 채택하였다.

• 물과 미래
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• 제52권12호
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• pp.55-61
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• 2019

• 한국추진공학회지
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• 제12권6호
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• pp.30-37
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• 2008

지금까지 액막두께나 air core 직경 변화 등과 같은 수력학적 과정에 대한 이론 실험 연구가 많이 이루어져왔다. 스월 노즐에서 수치적 해석 등을 통해 이에 대한 몇 가지 이론식들이 확립되었지만, 아직까지 내부유동에 대한 실험적 연구 결과 등은 명백히 정립되어 있지 않고 있다. 본 연구에서는 스월 챔버 내의 air core 구조를 가시화하고 오리피스에서의 액막두께를 측정함으로써 접선방향유입구 조건에 따른 내부유동의 안정성 여부를 판단해볼 수 있었다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.115-118
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• 2008

지금까지 액막두께나 air core 직경 변화 등과 같은 수력학적 과정에 대한 이론 실험적 연구가 많이 이루어져왔다. 스월 노즐에서 수치적 해석 등을 통해 이에 대한 몇 가지 이론식들이 확립되었지만, 아직까지 내부유동에 대한 실험적 연구 결과 등은 명백히 정립되어 있지 않고 있다. 본 연구에서는 스월 챔버 내의 air core를 가시화하고 액막두께를 측정하여 내부유동의 변화 및 안정성 등을 살펴보았다.