• 한국수자원학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.917-925
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• 2005

LSIV은 표면유속을 측정하는 영상기반 유속측정법중의 하나이다. 이 방법은 기존 측정기법에 비해 측정이 용이할 뿐만 아니라 경제적이기 때문에 유량측정 등의 실제 하천의 유속 측정에 활용하려는 연구들이 시도되고 있다. 그러나 이 기법은 표면유속을 측정하기 때문에 유량 산정을 위해서는 측정된 표면유속을 평균유속으로 환산할 수 있는 방법이 필요하다. 본 연구에서는 하상 및 흐름조건에 대한 다양한 수리실험을 통해 개수로 난류 흐름에 대한 연직유속분포의 특성을 파악하였다. 수리실험결과 수표면 영역의 유속감소를 확인하였으며, 이러한 유속감소는 조도보다는 Froude 수의 영향이 더 큰 것으로 나타났다. 실험 결과를 이용하여 표면유속으로부터 평균유속을 추정하는 두 가지 방법을 제시하였다. 제안된 방법들은 표면유속 보정량을 이용하여 후류법칙의 유속분포를 보정하는 방법과 평균유속과 표면유속의 비를 이용한 방법이다. 제시된 방법들은 실제 하천의 유속 측정 자료들을 이용하여 검증하였다 검증결과 이 방법들은 $6\%$ 이내의 오차를 보이는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.575-583
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• 2017

계단형 보와 여수로 같은 수공구조물의 상부에서는 스키밍 흐름 그리고 직하류부에서는 정상파를 포함하는 도수 현상인 파형흐름과 같이 다양한 형태의 흐름이 발생한다. 연구에서는 하이브리드 RANS-LES 난류 모델링 기법과 자유수면 변동을 해석하기 위한 VOF (volume of fluid)기법을 병합한 3차원 부정류 수치모형을 이용하여 계단형 보가 설치된 사각형 개수로에서 발생하는 파형흐름과 스키밍 흐름을 포함하는 난류흐름을 수치모의 하였다. 시간평균 수치모의 결과와 기존 수리모형 실험 결과를 비교분석한 결과, 수치모의는 보 하류부에서의 평균유속분포의 변화, 정체파와 수면와류를 포함하는 파형흐름의 전반적인 수면 변화, 파형흐름의 파고와 길이, 정체파 하부에서 발생하는 재순환 흐름 영역의 길이 등을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의를 통해서 자유수면과 순간 유속 벡터의 변동, 전단응력과 난류에너지의 분포 그리고 3차원 난류조직구조와 총압력분포의 형태와 변동 자료를 제시하여 스키밍 흐름과 파형흐름 영역에서의 독특한 흐름 거동 특성을 규명하였다.

• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제4권4호
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• pp.207-215
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• 2017

하도의 흐름 저항, 측벽 보정, 유사량, 하도 침식과 퇴적, 하도 설계 등의 수리학적 문제는 하상전단응력의 분포와 밀접한 관계가 있으나 하상전단응력 분포를 측정하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 간편하게 하상전단응력을 측정할 수 있는 프레스톤튜브를 이용하여 복단면의 하도의 하상전단응력 분포를 측정하고 수심비에 따른 전단응력분포 특성을 고찰하였다. 이를 위해 프레스톤튜브를 제작하여 검정실험을 통해 검정식을 개발하였다. 실험은 5가지 수심비 조건에 대해서 수행하여 전단응력분포를 측정하였다. 복단면 하도의 전단응력분포 특성은 기존 실험연구와 대체로 일치하였으며, 레이놀즈수 증가로 발생하는 전단응력의 변동성, 주수로 전단응력의 변곡점 형성, 홍수터 접합부 부근 전단응력 분포 특성 등에서 차이점을 확인하였다. 본 연구를 통해 프레스톤튜브를 이용한 하상전단응력측정 적용성을 확인하였으며 레이놀즈수와 수심비에 따른 복단면 하도의 전단응력분포 특성을 제시하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제30권5호
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• pp.467-475
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• 1997

본 연구에서는 실험개수로에 온수방류용 방류규가 있는 방파제의 모형을 설피하여 바닥\ulcorner의 유속분포를 측정하였다. 또한 3차원의 모형인 Fluent 모형을 이용하여 방파제의 방류구로부터 배출된 바닥젵의 유속구조를 수치모의하여 실험결과와 비교.검증하였으며 흐름특성을 규명하였다. 바닥젵은 자유젵에 비하여 흐름의 확립구간이 짧았으며, 종방향거리에 대한 젵 중앙유속의 감쇠율이 자유젵보다 크게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 단순젵과 부력젵의 젵 중앙선에서의 종방향유속을 비교한 결과, 방류구 근처에서는 부력\ulcorner의 유속이 크게 발생하나 x/lQ가 15보다 큰 구간에는 도리어 작게 된다. 종방향유속의 연직분포를 비교한 결고, 방류구로부터 멀어질수록 저층에서는 단순젵의 유속이 크게 나타나며 상충에서는 단순젵의 부의 유속이 크게 나타나고 있음이 밝혀졌다. 또한 부력젵의 경우 자유수면에서의 유속의 분리가 단순젵보다 방류구로부터 가까운 거리에서 발생한다. 부력젵의 연직방향으로의 폭은 단순젵의 폭보다 빨리 확장된다.

• 한국습지학회지
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• 제23권2호
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• pp.189-200
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• 2021

인공습지는 농업용 저수지의 수질개선을 위하여 많은 곳에 적용되고 있다. 인공습지는 수심분포, 유입량 및 유출량, 물흐름 분포, 체류시간, 수질 처리효율, 종횡비, 개방수역/폐쇄수역 구성비 등이 중요한 설계인자이다. 특히, 인공습지 높은 효율 증대를 위해서는 취입보 형식, 유입보, 인입수로 길이, 셀(Cell) 형태, 셀 연결 형태 등의 설계는 매우 중요하다. 본 연구는 농업용 저수지에 조성되어 운영중인 23개 인공습지의 현장조사를 통하여 설계시 고려하여야 할 인자 및 효율적 운영방안을 제시하고자 수행되었다. 인공습지 중에서 비정상적 운영이 나타나는 습지는 수위센서 미작동, 취입보 내부의 유사퇴적 및 기계식 수문틀의 협잡물 문제가 중요한 원인으로 나타났다. 또한, 인입수로의 길이가 길어질수록 취입보 하류부와 상류부의 생태적 단절구간이 늘어나는 것도 문제점으로 분석되었다. 습지 대부분은 2~5개의 셀로 조성되었으며 셀의 크기가 지나치게 클 경우 수리학적 효율이 떨어지고 관리가 어려운 것으로 평가되었다. 작은 규모의 습지에 많은 셀이 존재하는 경우 큰 수두손실로 인하여 적절한 유수흐름이 나타나지 않는 것으로 평가되었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권8호
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• pp.783-794
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• 2012

시간에 따른 하도의 수위 및 유량 변화에 영향을 많이 받는 수리구조물의 설계에 있어서 부정류 흐름 해석은 반드시 필요하다. 일반적으로 부정류 흐름 해석에는 수치모형이 많이 활용되고 있으나 수치모형의 검 보정을 위한 현장 자료의 획득이 어려운 경우가 많다. 또한 자료구축이 가능하더라도 인력과 비용이 많이 소모되며, 측정 정확도를 신뢰하기 어려운 경우가 많다. 이러한 경우 수치모형의 검 보정을 위해 부정류 수리실험을 통해 획득되는 자료를 활용하는 것이 대안이 될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 형태의 부정류 수문곡선을 실험에서 재현할 수 있는 유량공급장치를 개발하고자하며, 개발된 부정류 유량공급장치를 이용하여 수리실험 수로에서 재현되는 수문곡선과 목표 수문곡선을 비교 분석함으로써 재현 정확도를 정량적으로 평가하고자 한다. 본 연구에서는 유량이 급격하게 증가 또는 감소하는 사각형 형태, 첨두유량 발생 시간이 짧은 삼각형 형태 및 일반적인 홍수 수문곡선 형태의 종(bell) 형태 수문곡선을 대상으로 재현 오차 및 Root Mean Square Error (RMSE)를 분석하였다. 재현 정확도 분석 결과, 사각형 형태의 수문곡선 재현 오차는 약 59% 정도로 가장 크게 나타났으며, 삼각형 형태의 수문곡선은 단일첨두와 이중첨두 형태 모두 약 10% 정도의 재현 오차가 나타났지만 홍수 수문곡선 형태인 종 모양의 수문곡선의 재현 오차는 최대 2% 이내인 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.147-157
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• 2022

후향단차 수공구조물의 모서리에서는 흐름분리가 발생하며 이로 인해 형성되는 전단층과 재순환 흐름 영역에서의 흐름은 복잡한 난류가 지배적이다. 물리적으로 안정하면서 성능이 보장되는 구조물 설계를 위해서는 이러한 난류 흐름의 거동을 정확하게 예측하고 분석하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 공학적으로 널리 이용되고 있는 대표적인 난류 모형인 k-ω SST 모형과 RNG k-ε 모형을 이용한 3차원 RANS 계산을 통해서 개수로에 설치된 후향단차를 통과하는 난류 흐름을 레이놀즈 수 23,400과 후르드 수 0.22의 조건에서 수치모의하고, 해석 결과를 기존 실험자료와 비교 분석하여 수치해석의 성능을 평가하고자 한다. 두 가지 난류 모형을 이용하여 구한 평균유속 분포를 보면 모두 경계층에서 관측된 실험값을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 재순환 영역 상부에서 계산된 평균유속을 보면 RNG k-ε 모형이 k-ω SST 모형보다 중앙부에서의 유속을 약 5% 정도 크게 계산하는 것으로 나타났다. 난류 통계량 관점에서 보면 두 난류 모형 모두 단차 모서리 직하류에서 흐름 분리로 인해 발생하는 레이놀즈 전단응력을 현저히 과소산정하는 한편, 재부착점 하류에서는 실험값을 상대적으로 양호하게 재현하는 것으로 나타났다. RNG k-ε 모형은 수로 바닥 부근 경계층에서의 전단응력 분포를 k-ω SST 모형보다는 우수한 정확도로 실험값을 계산하는 반면에 접근수로 경계층에서 그리고 단차 하류부에서는 경계층 상부에서 전단응력을 과대 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.87-96
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• 2020

유속은 수리학적 구조물을 운영 관리하는데 필수적인 요소임에도 불구하고 경제적, 인력적 이유로 인해 유량, 유속 측정이 충분히 이루어지지 않고 있다. 또한, 홍수기에 하천의 유속을 산정하는데 사용되는 공식은 Chezy와 Manning 등류 공식으로 일반적으로 등류가 아닌 자연하천에 이 공식을 그대로 사용하는 것은 문제가 있다. 이에 따라 본 연구는 측정치와 경험적인 방법으로 유량과 유속을 다른 수리학적 요소로 나타내는 방법이 아닌 이론적 방법으로 유속에 접근하였다. 이전의 기존 유속 공식과 분포식의 한계를 엔트로피 이론으로 해결한 Chiu (1987)의 연구를 따라 개수로의 유속을 엔트로피 이론에 근거하여 전개하였고 효용성을 검증하기 위해 지점의 유속이 측정된 수로의 데이터를 활용하여 식을 검증하였다. 이동거리의 R2값은 0.9993, 유속의 R2값은 0.8051~0.9483으로 예측치가 실제 적용 가능함을 확인하였다. 식을 활용하면 실제 유속 측정을 여러 지점에서 매시간 하지 않아도 특성 인자를 통해 시간에 따라 이동하는 하천의 유속과 이동지점을 동시에 구할 수 있고 실시간 유속이 필요하지만 빈번한 실측이 불가능한 홍수기의 유속 산정이 가능하다. 이를 활용하여 하천의 수평·수직거리를 이용해 제작되는 하천 종단면도에 활용 가능하며 GIS와 연계하여 하천 특성인자의 정확성을 높일 수 있을것으로 판단된다. GIS의 공간 모델에 하천의 거리와 유속 정보를 결합해 홍수기의 경보·예측 시스템에 활용이 가능할 것으로 보인다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.495-506
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• 2013

본 연구에서는 전단류 분산이 이송과 난류에 의한 확산의 결합에 의해 발생한다는 Taylor (1954)의 가정을 바탕으로 개념적 모형을 구성하고, 이를 3차원 개수로에 적용하여 오염물질의 혼합과정을 재현할 수 있는 시간분리 혼합모형(Time-split Mixing Model; TMM)을 개발하였다. 개발된 모형은 연산자 분리 기법(operator split method)과 유사하게 혼합과정을 종방향 혼합과 횡방향 혼합으로 분리하고, 유속 연직편차에 의한 농도분리과정과 난류확산에 의한 연직방향 혼합과정을 순차적으로 반복 계산함으로써 2차원 이송-분산을 재현한다. 수치모의 결과, 제안된 모형은 수로벽면에 의한 농도중첩 효과를 잘 반영하고 있으며, Taylor 구간 내에서 2차원 이송-분산 모형의 해석해와 거의 일치하고 있음을 확인하였다(Chatwin, 1970). 본 모형은 하상경사, 하폭 대 수심 비, 혼합시간 등의 변화에 따라 분산 정도를 달리 재현하고 있으며, 산정된 종분산계수는 Elder(1959)가 제안한 상수값과는 달리 혼합시간에 따라 변화하는 양상을 나타냈다. 횡분산계수의 경우, Sayre와 Chang(1968), Fischer 등(1979)이 실험을 통해 제시한 값과 유사한 범위를 나타냈다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권4호
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• pp.491-499
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• 2010

관군은 열전달기기에서 광범위하게 사용되고 있어서 전열성능 및 압력강하 특성은 오래전부터 다양한 연구가 진행되어왔다. 기존의 관군에 관한 실험 및 해석은 대부분 25~51mm 직경의 전열관을 이용하여 Reynolds 수 $8.000{\leq}Re{\leq}30.000$ 범위에서 수행되었으나 최근에는 직경 1mm 안팎의 미세관으로 관군을 만들어 열교환기의 밀집도를 높이려는 데 관심이 많다. 본 논문에서는 이전에 다루지 않았던 관 외경 1.5mm의 관군의 전열성능을 $3.000{\leq}Re{\leq}7.000$ 범위에서 전산유체역학을 이용하여 평가하고 기존의 연구 결과들과 비교하였다. 그 결과 튜브직경이 1.5mm인 관군의 열전달계수와 압력손실계수는 $3.000{\leq}Re{\leq}7.000$ 범위에서도 기존의 Zukauskas 상관식과 최대 4.7% 차이 이내로 일치하였다. 또한 튜브의 횡방향 간격을 줄여서 각 열의 전열성능을 높일 수 있음을 확인하였다.