• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.743-752
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• 2019

만곡수로에서의 흐름은 나선형 운동 형태의 이차류가 지배적이며, 이로 인해 일반적으로 만곡 외측을 따라 침식 현상이 발생하게 된다. 이러한 이차류를 약화시키기 위해서 보통 만곡수로 외측을 따라서 수제와 같은 수공구조물을 설치한다. 이 연구에서는 OpenFOAM 오프소스 소프트웨어를 토대로 난류 해석을 위한 하이브리드 RANS/LES 기법과 자유수면 해석을 위한 VoF기법을 이용한 3차원 수치모의를 통해서 $90^{\circ}$ 만곡수로에 설치된 잠긴수제가 후루드수가 0.43인 조건에서 이차류의 발달에 미치는 영향을 분석하였다. 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 수치모의를 수행하였으며, 수치해석 결과는 실험결과와 비교하여 수치모의의 정확도를 평가하였다. 잠긴수제가 설치된 경우의 수치모의 결과를 흐름방향 유속 분포와 횡방향 순환 유속벡터장을 중심으로 수리실험 관측값들과 비교할 때 수치모의 결과는 수리실험에서 관측된 주요 이차류 흐름 거동과 현상들을 대부분 양호한 정확도로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의 결과를 비교해보면, 잠긴수제 설치로 인해서 만곡이 끝나는 단면 외측 하상부근에서의 유속은 약 평균유속의 1/3 정도 감소하는 반면에 수제 상단부에서의 전단층 발달에 따른 흐름 가속으로 자유수면 부근까지 유속이 증가하고 만곡 수충부에서는 수면 부근 유속이 약 20% 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 잠긴수제는 만곡부에서 발생하는 이차류의 강도를 약화시켜 만곡부 외측 하상의 안정에 도움이 될 것으로 판단된다. 한편, 각 잠긴수제 전면부에서 말발굽와가 그리고 후면부에서는 후류가 형성되면서 수제 구조물 주변에서 강한 국부세굴이 발생하는 것으로 나타남으로, 국부세굴을 최소화할 수 있는 수제의 형상 및 배열에 대한 추가 연구가 요구된다.

• 한국수산과학회지
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• 제28권2호
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• pp.183-193
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• 1995

본 연구에서는 그물을 그것의 영역권 내로 물을 유입한 후 영역권 밖으로 투과시키는 하나의 유공성 구조물로 간주하고, 벽 면적이 S되는 그물이 유속 v에서 받는 저항 R을 $R=kSv^2$으로 취하여, 레이놀즈수를 $R_e$, 그물 입구의 단면적을 $S_m$, 흐름에 수직인 평면에 대한 그물의 총 투영면적을 $S_m$이라 할 때 저항계수 k를 $$k=c\;Re^{-m}(\frac{S_n}{S_m})n(\frac{S_n}{S})$$으로 표시한 후, 지금까지 행해진 평면 그물감에 대한 저항 실험 결과들을 이용하여 이 식의 타당성과 각계수 값을 함께 조사하였다. 조사 결과, 발의 지름이 d, 그물코의 크기가 21, 전개각이 $2\varphi$ 그물감의 $R_e$에 관한 대표치수를 그물코의 면적에 대한 발의 체적의 비 $\lambda$, 즉 $$\lambda={\frac{\pi\;d^2}{21\;sin\;2\varphi}$$로 택하였을 때, c와 m의 값은 각각 $240(kg\;\cdot\;sec^2/m^4)$ 및 0.1로 일정해졌고, n의 합은 1.2로서 1.0보다 컸기 때문에 매듭과 발에서 생기는 반류가 그물코 속으로의 물의 투과를 나쁘게 하여 저항을 증대시킨다는 것을 알 수 있었다. 반면, $R_e$가 커서 그 영향이 무시되는 경우는 $cR_e\;^{-m}$의 값이 상수가 되는데, 그 값은 흐름에 대한 그물감의 영각 $\theta$가 $ 45^{\circ}<\theta\leq90^{\circ}$의 구간에 있을 때 100$(kg\cdot sec^2/m^4)$으로 주어졌고, $ 0^{\circ}<\theta\leq45^{\circ}$의 구간에 있을 때는 후류의 영향 때문에 $100(S_m/S)^{0.6}\;(kg\cdot\;sec^2/m^4)$으로 주어 졌다. 그런데, 평면 그물감에 대 한 $S_m$ 및 $S_n$의 값은 각각 $$S_m=S\;sin\theta$$ 및 $$S_n=\frac{d}{I}\;\cdot\;\frac{\sqrt{1-cos^2\varphi cos^2\theta}} {sin\varphi\;cos\varphi} \cdot S$$로 주어지므로, 이들과 상기 c, m 및 n 값을 이용하면 평면 그물감의 저항계수 k가 구해지는데, $\theta=0^{\circ}$인 경우는 저항 특성 자체가 변하여 k가 그물감 표면의 조도에 따라 달라졌으므로 $$k=9(\frac{d}{I\;cos\varphi})^{0.8}$$으로 주어졌다. 그러나, 이상의 결과를 실제 그물에 적용할 때는 $\theta=0^{\circ}$ 때의 것은 고려하지 않아도 되고, 전기한 c 및 m 값도 불충분한 자료에 의한 것들이기 때문에 $R_e$의 영향이 무시되는 경우의 것만을 이용하면, 그물 각부의 $\theta$가 $45^{\circ}<\theta\leq90^{\circ}$의 구간 또는 $0^{\circ}<\theta\leq45^{\circ}$의 구간에 들어오는 그물의 저항계수 $k(kg\cdot sec^2/m^4)$는 $$k=100(\frac{S_n}{S_m})^{1.2}\;(\frac{S_m}{S})$$ 또는 $$k=100(\frac{S_n}{S_m})^{1.2}\;(\frac{S_m}{S})^{1.6}$$으로 주어진다는 것을 알 수 있었다.