• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.134-134
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• 2011

3차원 난류 부력젵의 혼합을 큰 와 모의(large-eddy simulation) 기법을 이용하여 수치모의 한다. 개발된 수치모형은 3차원 열동수역학 모형을 이용하여 부력젵의 퍼짐, 자기 보존 그리고 주변류의 연행 등을 포함하는 난류젵의 동적 특성을 분석할 수 있다. 수치해석에서 하부격자규모 (subgrid scale, SGS) 난류 응력은 부력항을 수정한 Smagorinsky 모형을 이용한다. 여과된 엔탈피 수송방정식에서 하부격자규모의 스칼라 플럭스는 상수의 SGS Prandtl 수를 가지는 단순 경사수송 가설에 근거하여 모의한다. 계산된 결과를 실험결과와 비교하며, 결과는 양호하게 일치함을 보여준다. 계산결과에 따르면 부력항의 수정이나 SGS 난류 Prandtl 수는 결과에 큰 영향을 미치지 않지만 SGS 모형 상수인 Cs 값은 부력젵 확산 예측에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.94-94
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• 2019

보의 주요한 기능은 수위 및 유량을 조절이며, 수심을 확보하거나 하상 경사를 조절하기 위하여 설치된다. 보의 설치는 평균 흐름뿐만 아니라 강한 난류 흐름을 생성한다. 보의 실용적인 측면에도 불구하고, 이러한 흐름의 교란은 보의 상류뿐만 아니라 하류에 하상 변화를 초래한다. 이는 종종 하천의 안정뿐만 아니라 보 자체의 안전에도 영향을 미친다. 보 하류의 국부 세굴은 보를 지나는 3차원 흐름 특성을 가지는 복잡한 조직구조에서 기인한다. 특히, 이러한 흐름은 보에서 발생하는 큰 박리 흐름과 이어서 나타나는 재순환 영역 및 강한 하강류로 특징지을 수 있다. 보 하류 흐름에 관한 많은 실험 및 수치모의 연구가 수행되어왔다. 그러나 실험은 보 또는 하상과 같은 벽 경계면과 수면 근처의 세밀한 흐름 특성을 파악하기 어렵다. 또한, 기존의 RANS (Reynolds averaged navier-stokes) 모형은 조직구조와 같은 3차원 흐름 특성을 파악하기에 적합하지 않다. 본 연구에서는 큰 와 수치모의 (large eddy simulation)을 이용하여 세굴공이 발달한 경우와 그렇지 않은 경우의 보 하류의 흐름 특성을 분석하였다. 보에 의해 발생한 재순환 흐름은 세굴공이 발달하면서 그 영역이 확장되며, 재순환 흐름의 하강류의 세기는 약해지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 세굴공이 발달하면서 최대 세굴심의 위치는 재순환 흐름의 하단 끝 부분과 일치하는 것으로 나타났다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.3
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• pp.833-840
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• 2014

This study presents numerical simulation of turbulent flows in a rectangular open-channel that has a width-to-depth ratio of 2 using the source code provided by OpenFOAM. Large eddy simulations are carried out by solving the filtered continuity and momentum equations numerically. For the non-isotropic residual stress term, Smagorinsky's (1963) model is used. The flow in the open-channel whose width-to-depth ratio is 2, from experiment of Tominaga et al. (1989), is simulated numerically. Simulation results are compared with measured data by Tominga et al. (1989) and Nezu and Rodi (1985) and with LES data by Shi et al. (1999). Comparisons revealed that the model simulates the mean flow and turbulence statistics well. Specifically, the model reproduced the inner secondary currents located at the corner of sidewall and free surface successfully. In addition, the vortical component of turbulence intensity shows bulged contours towards the bottom edge.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.697-706
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• 2019

A multiphase flow modeling approach equipped with a hybrid turbulence modeling method is applied to compute the gravity currents in a rectangular channel. The present multiphase solver considers the dense fluid, the less-dense ambient fluid and the air above free surface as three phases with separate flow equations for each phase. The turbulent effect is simulated by the IDDES (improved delayed detach eddy simulation), a hybrid RANS/LES, approach which resolves the turbulent flow away from the wall in the LES mode and models the near wall flow in RANS mode on moderately fine computational meshes. The numerical results show that the present model can successfully reproduce the gravity currents in terms of the propagation speed of the current heads and the emergence of large-scale Kelvin-Helmholtz type interfacial billows and their three dimensional break down into smaller turbulent structures, even on the relatively coarse mesh for wall-modeled RANS computation with low-Reynolds number turbulence model. The present solutions reveal that the modeling approach can capture the large-scale three dimensional behaviors of gravity current head accompanied by the lobe-and-cleft instability at affordable computational resources, which is comparable to the LES results obtained on much fine meshes. It demonstrates that the multiphase modeling method using the hybrid turbulence model can be a promising engineering solver for predicting the physical behaviors of gravity currents in natural environmental configurations.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.5
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• pp.1435-1442
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• 2014

This study presented numerical simulations of smooth-bed flows in the rectangular open-channel using the source code by OpenFOAM. For the analysis of the turbulent flow, Large Eddy Simulations were carried out and the dynamic sub-grid scale model proposed by Germano et al. (1991) is used to model the residual stress term. In order to analyze the coherent structure, the uw quadrant method proposed by Lu and Willmarth (1973) is used and the contribution rate and the fraction time of the instantaneous Reynolds stress are obtained in the Reynolds stress. The results by the present study are analyzed and compared with data from previous laboratory studies and direct numerical simulations. It is found that the contribution rate of the ejection events is larger than that of sweep events over the buffer layer in the open-channel flow over the smooth bed, however, the frequency of the sweep event is higher than that of the ejection events.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.853-857
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• 2009

2차원 흐름해석 모형인 SMS(Surface-Water Modeling System)와 RAMS(River Analysis Modeling System)를 이용한 유속장 모의를 통해 Manning 조도계수와 와점성계수에 대한 민감도 분석을 수행하여 흐름특성은 Manning 조도계수에 큰 영향을 받음을 알 수 있었다. 본 연구에서는 Manning 조도계수의 변화를 통하여 실측치에 근사한 유속 분포의 모의결과를 도출하고자 현장실측을 통해 취득한 자료를 이용하여 2차원 수치모형의 모의결과와 비교하였다. 국가하천 형산강 본류 중 안강수위관측소에서 부조수위관측소 사이 약 4.3 km 의 구간을 모의구간으로 선정하였으며, $2006{\sim}2007$년에 걸쳐 취득된 현장실측자료를 바탕으로 매개변수 추정 및 모의결과와 비교하였다. 대상구간에 대한 모의결과의 정확도를 개선하기 위하여 하도의 지형특성 등을 고려하여 모의구간을 다수의 구획으로 구분한 후 수심 및 하도 평면선형을 고려한 Manning 조도계수를 차등적으로 할당하여 모의하였다. 이상의 과정을 통해 모의결과의 정확도 제고가 가능함을 관찰할 수 있었다.

• Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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• v.16 no.3
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• pp.246-260
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• 2014

A 90-m horizontal-resolution numerical model was configured to study the micrometeorological features of local winds in the valley of Gwangneung KoFlux (Korea Flux network) Sites (GDK: Gwangneung Deciduous forest site in Korea, GCK: Gwangneung Coniferous forest site in Korea) during summer days. The U. S. Geological Survey (USGS) Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data were employed for high-resolution model terrain height. Model performance was evaluated by comparing observed and simulated near-surface temperature and winds. Detailed qualitative analysis of the model-simulated wind field was carried out for two selected cases which are a clear day (Case I) and a cloudy day (Case II). Observed winds exhibited that GDK and GCK, as well as Case I and Case II, had differences in timing, duration and strength of daytime and nighttime wind direction and speeds. The model simulation results strongly supported the existence of the drainage flow in the valley of the KoFlux tower sites. Overall, the simulated model fields realistically presented the diurnal cycle of local winds in and around the valley, including the morning drainage-upslope transition and the evening reversal of upslope wind. Also, they indicated the complexity of local winds interactions by presenting that daytime westerly winds in the valley were not always pure mountain winds and were often coupled with larger-scale wind systems, such as synoptic-scale winds or mesoscale sea breezes blowing from the west coast of the peninsula.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.5 s.154
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• pp.365-377
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• 2005

This paper presents numerical works carried out for developing an advanced computational framework for understanding injury- and mortality-inducing flow phenomena in hydropower facilities. Large-eddy simulation (LES) of a circular jet flow is carried out to help interpret the results of recent experiments that exposed live fish to the shear zone of a turbulent jet. The instantaneous flow field of LES is characterized by intense velocity, pressure, and vorticity fluctuations, which could exert forces and moments on a fish considerably larger than those exerted by the same fish exposed to the corresponding steady, time-averaged flow. In this study, also, unsteady modeling of flow in a hydroturbine draft tubewas carried out using a hybrid unsteady RANS/LES, so-called detached-eddy simulation (DES). Results from DES show that the potential for disorientation and excessive residence times of fish within the draft tube is certainly considerable.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.400-400
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• 2016

자연하천에서 다양한 목적으로 설치된 수공구조물을 볼 수 있으며 대표적으로 교량의 교각을 들 수 있다. 교각 주위에서 발생하는 국부세굴은 교량붕괴의 가장 큰 원인이므로 이에 대한 연구는 필수적이다. 수리실험 또는 수치모형을 이용하여 교각주변의 국부세굴에 관한 많은 연구들이 수행되었지만 세굴인자의 특성 및 메커니즘에 대한 연구는 여전히 부족하다. 본 연구에서는 LES(large-eddy simulation)에 유사이송 및 하상변동 모형과 결합하여 2개의 원형교각 주변의 흐름 및 세굴을 수치모의 하였다. LES와 유사이송 및 하상변동 모형의 결합은 난류의 영향을 직접 모형에 고려할 수 있기 때문에 교각 주변에서 발생하는 말굽형 와 구조와 같은 복잡한 흐름에 의한 영향이 반영된다. 계산영역은 흐름방향으로 10 m, 횡 방향으로 2.4 m로 하였고, 지름(D) 0.16 m를 가지는 원형교각을 유입부로부터 2.4 m 떨어진 위치에 배치하였다. 이때 두 개 교각사이의 각은 $0^{\circ}{\sim90^{\circ}$이고 원형교각 사이의 거리는 5D로 하였다. 수치모의에 사용된 조건은 이전의 수리실험(Khosronejad et al., 2012)을 참고하여 접근평균유속은 0.25 m/s, 수심은 0.15m를 사용하였다. 수치모의는 원형교각 주변의 최대세굴심이 평형상태에 이를 때 까지 수행하였다. 접근각도 변화에 따른 원형교각 주변의 세굴과정 및 특성을 분석하였으며 최대 세굴심 결과를 Hannah(1978)의 수리실험결과와 비교하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.302-307
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• 2009

물리적인 조류제어 기술에 해당하는 수류 차단막(이후 차단막)은 유입하천의 수류를 차단 또는 우회시켜 영양염류가 저수지의 유광층으로 공급되는 것을 차단하고 본류 수역으로의 조류 확산을 방지하는 기능이 있어 일본에서는 저수지 녹조제어 대책으로 자주 활용된 바 있다. 그러나 이러한 차단막은 국내 저수지와 같이 홍수시 유입 유속이 크고 수위변동이 심한 환경에서는 설치효과가 검증되지 않아 현장적용에 앞서 수치모의를 통한 효과 검증이 선행되어야 하며, 최적 규모와 위치 선정도 필요하다. 본 연구에서는 수위변동이 심한 국내 저수지 특성을 고려하여 차단막이 수위변화에 따라 상하로 이동할 수 있도록 기존 CE-QUAL-W2(이후W2) 모델의 알고리즘을 수정하고, 대청호에서 다양한 수리 수문조건에서 차단막의 기작과 효과를 예측하기 위해 가뭄년(2001년)과 평수년(2004, 2006년)을 대상으로 각각 모델을 적용하였다. 차단막 설치 예정지점은 소옥천 하류(7 m 깊이)와 댐으로부터 각각 14.9 km, 27.4 km 상류에 위치한 회남대교 아래 지점(10 m 깊이)과 대정리(10 m 깊이)로 가정하고, 모의 시나리오는 차단막을 설치하지 않은 경우(S-1), 소옥천 하류에 단독으로 설치한 경우(S-2), 소옥천과 대정리에 설치한 경우(S-3), 모든 지점에 설치한 경우(S-4)를 비교하였다. 차단막 설치에 따른 수문년 및 계절별 수질개선 효과(S-1에 대한 S-4 농도 저감 비)를 비교한 결과, 대청호에서 녹조문제가 가장 심각했던 2001년 6월$^{\sim}$8월 기간 동안 차단막은 봄-여름에 걸쳐 모든 비교 지점(회남, 댐, 추동, 문의수역)에서 Chl-a 농도를 최저(문의수역) 30%에서 최고(회남수역) 70% 정도 저감하는 효과를나타냈다. 평수년인 2004년과 2006년에는 강우사상에 따라 차단막 설치에 따른 Chl-a의 농도 저감 효과가 지점별로 다르게 나타났으며, 큰 강우사상이 6월, 7월, 8월에 걸쳐 골고루 발생한 2004년에 비해 7월 한 달 동안 집중된 2006년에 설치효과가 크게 나타났다. 수역별로 차단막의 설치효과를 비교해 보면, 유입수의 영향을 직접 받는 회남수역과 추동수역이 댐 앞과 문의수역에 비해 차단막 설치에 따른 Chl-a 농도의 저감 효과가 큰 것으로 나타났다. 그러나, 큰 홍수가 유입할 때 차단막 상류부에 집적된 조류의 일부가 수류의 포획(Entrainment) 기작에 의해 저수지 내부로 유입되는 것으로 확인되어 차단막 효과를 극대화하기 위해서는 홍수 전 차단막 상류부에 집적된 조류의 처리대책이 필요할 것으로 판단된다.