The present paper discusses the traditional empirical equations of friction factor or cross-sectional mean velocity of open channel flow and suggests the new form of friction factor equation. Dimensional analysis is conducted for the possible forms of traditional empirical equations in order to satisfy the dimensional equality, and new forms of empirical equations are presented with introducing equivalent roughness height. Considering the distribution of friction factor against Reynolds number which has a similar characteristics to that of smooth turbulent flow in circular pipe, the friction factor equation of rectangular open channel flow is developed by modifying the friction factor equation of circular pipe flow for the region of smooth turbulent flow. The equations including the dimensionally-corrected empirical equations are tested against Bazin's laboratory experiments.
In geological $CO_2$ sequestration, the behavior of $CO_2$ within a reservoir can be characterized as two-phase flow in a porous media. For two phase flow, these processes include drainage, when a wetting fluid is displaced by a non-wetting fluid and imbibition, when a non-wetting fluid is displaced by a wetting fluid. In $CO_2$ sequestration, an understanding of drainage and imbibition processes and the resulting NW phase residual trapping are of critical importance to evaluate the impacts and efficiencies of these displacement process. This study aimed to observe migration and residual trapping of immiscible fluids in porous media via cyclic injection of drainage-imbibition. For this purpose, cyclic injection experiments by applying n-hexane and deionized water used as proxy fluid of $scCO_2$ and pore water were conducted in the two dimensional micromodel. The images from experiment were used to estimate the saturation and observed distribution of n-hexane and deionized water over the course drainage-imbibition cycles. Experimental results showed that n-hexane and deionized water are trapped by wettability, capillarity, dead end zone, entrapment and bypassing during $1^{st}$ drainage-imbibition cycle. Also, as cyclic injection proceeds, the flow path is simplified around the main flow path in the micromodel, and the saturation of injection fluid converges to remain constant. Experimental observation results can be used to predict the migration and distribution of $CO_2$ and pore water by reservoir environmental conditions and drainage-imbibition cycles.
A digital micro holographic particle tracking velocimetry (HPTV) system consisting of a high-speed camera and a single laser with acoustic optical modulator (AOM) chopper was established. The digital micro HPTV system was applied to water flow in a micro curved-tube for measuring instantaneous 3-D velocity field data consecutively. The micro curved-tube is using to reproduce the dorsal aorta or utilize in various lap-on-a-chip. The temporal evolution of a three-dimensional water flow in the micro curved-tube (the curvature, ${\kappa}$=1/${\phi}$, 2/${\phi}$, 4/${\phi}$, 8/${\phi}$) of 100 ${\mu}m$ and 300 ${\mu}m$ inner diameters was obtained and mean velocity field distribution was obtained by statistical-averaging the instantaneous velocity fields.
Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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v.63
no.6
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pp.89-100
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2021
The conservation of stream habitats has been gaining more public attention and fish habitat suitability index (HSI) is an important measure for ecological stream habitat assessment. The fish habitat preference is affected not only by physical stream conditions but also by water quality of which HSI was not available due to the lack of field data. The purpose of this study is to estimate the HSI of Zacco platypus for water quality parameters of water temperature, dissolved oxygen (DO), and biochemical oxygen demand (BOD) using the water environment monitoring data provided by the Ministry of Environment (ME). Fish population data merged with water quality were constructed by spatio-temporal matching of nationwide water quality monitoring data with bio-monitoring data of the ME. Two types of the HSI were calculated by the Instream Flow and Aquatic Systems Group (IFASG) method and probability distribution (Weibull) fitting for the four major river basins. Both the HSIs by the IFASG and Weibull fitting appeared to represent the overall distribution and magnitude of fish population and this can be used in stream fish habitat evaluation considering water quality.
Groundwater flow in a basin is greatly affected by many hydrogeological and hydrological characteristics of the basin. A groundwater flow model for the Kap-cheon basin ($area=648.3km^2$) in the Geum river basin was established using MODFLOW by fully considering major features obtained from observed data of 438 wells and 24 streams. Furthermore, spatial groundwater recharge distribution was estimated employing accurately calibrated watershed model developed using SWAT, a physically semi-distributed hydrological model. Model calibration using observed groundwater head data at 86 observation wells yielded the deterministic coefficient of 0.99 and the water budget discrepancy of 0.57%, indicating that the model well represented the regional groundwater flow in the Kap-cheon basin. Model simulation results showed that groundwater flow in the basin was strongly influenced by such factors as topological features, aquifer characteristics and streams. The streams in mountainous areas were found to alternate gaining and losing steams, while the streams in the vicinity of the mid-stream and down-stream, especially near the junction of Kap-cheon and Yudeong-cheon, areas were mostly appeared as gaining streams. Analysis of water budget showed that streams in mountainous areas except for the mid-stream and up-stream of Yudeong-cheon were mostly fed by groundwater recharge while the streams in the mid and down-stream areas were supplied from groundwater inflows from adjacent sub-basins. Hence, it was concluded that the interactions between surface water-groundwater in the Kap-cheon basin would be strongly inter-connected with not only streams but also groundwater flow system itself.
Maintaining adequate residual chlorine concentration is an important criteria to provide secure drinking water. The chlorine decay can be influenced by unstable flow due to the transient event caused by operation of hydraulic devices in the pipeline system. In order to understand the relationship between the transient event and the chlorine decay, the probability density function based on the water demand curve of a hypothetical water distribution system was used. The irregular transient events and the same number of events with regular interval were assumed and the fate of chlorine decay was compared. The chlorine decay was modeled using a generic chlorine decay model with optimized parameters to minimize the root mean square error between the experimental chlorine concentration and the simulated chlorine concentration using genetic algorithm. As a result, the chlorine decay can be determined through the number of transients regardless of the occurrence intervals.
Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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2020.06a
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pp.115-115
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2020
Water network partitioning (WNP) is an initiative technique to divide the original water distribution network (WDN) into several sub-networks with only sparse connections between them called, District Metered Areas (DMAs). Operating and managing (O&M) WDN through DMAs is bringing many advantages, such as quantification and detection of water leakage, uniform pressure management, isolation from chemical contamination. The research of WNP recently has been highlighted by applying different methods for dividing a network into a specified number of DMAs. However, it is an open question on how to determine the optimal number of DMAs for a given network. In this study, we present a method to divide an original WDN into DMAs (called Clustering) based on community structure algorithm for auto-creation of suitable DMAs. To that aim, many hydraulic properties are taken into consideration to form the appropriate DMAs, in which each DMA is controlled as uniform as possible in terms of pressure, elevation, and water demand. In a second phase, called Sectorization, the flow meters and control valves are optimally placed to divide the DMAs, while minimizing the pressure reduction. To comprehensively evaluate the WNP performance and determine optimal number of DMAs for given WDN, we apply the framework of multiple-criteria decision analysis. The proposed method is demonstrated using a real-life benchmark network and obtained permissible results. The approach is a decision-support scheme for water utilities to make optimal decisions when designing the DMAs of their WDNs.
Son Seung-Woo;Lee Sang-Bum;;Song Min-Geun;Ju Eun-Sun
Proceedings of the KSME Conference
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2002.08a
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pp.525-528
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2002
The objective of this study is to investigate characteristics of flow by the Rod shape and the choice of the turbulent intensity enhancement section. The Rod was setup vertically to the way of a nozzle exit flow and nozzle diameter is 17mm. Rod height is 5mm and its shapes are square, triangle, and circle. Characteristics of fluid such as velocity vector distribution, kinetic energy, turbulent intensity, and etc. were visualized, observed, and considered at 3 kinds of Re No. such as 2000, 3000, and 4000. The characteristics of flow field were investigated in each case of the distance rate from the nozzle exit to impinging plate(H/B=8, 10). The temperature of water is $20^{\circ}E$ and the measurement region divided by 3 sections(I, II, III). The nozzle diameter is 17mm. As the experimental result by PIV measurement, scale of the vector profile showed a tendency to an unbalance parabola distribution as increasing of the Re No. When the impinging plates such as square, triangle, and circle shape are installed respectively in front of the flow accelerated, rod shape of the highest velocity vector is circle shape and rod shape of the highest turbulent Intensity is square shape.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.6
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pp.460-466
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2009
The mixing method of water and chemicals is significant in a small-scale water supply system because drinking water should be supplied with a certain quantity of remaining chemicals maintained. In the present study, the concentration distribution and the mixing index were obtained from four models, which were to find out the optimal mixing method of water and chemicals. The two models brought the good mixing effects out of the four, one for providing chemicals from the center of water supply pipe and the other for setting up the semicircle block at the downstream of the chemicals-providing pipe. As a result, the mixing effect was found out to be increased due to the diffusion and the disturbance of flows. In conclusion, these numerical results are expected to contribute to designing the optimal mixing system.
The main purpose of the flocculation process is to make flocs bigger to be removed easily in the following processes. The flow pattern and mixing intensity have a great influence on flocculation. In this study, the flow pattern was examined by a hydraulic tracer-test, where 3 water treatment plants having $800,000m^3/d$, $44,000m^3/d$ and $40,000m^3/d$ were employed. Also, the settling test was conducted to find out the relationship between the mixing intensity and the settling ability of flocs. The hydraulic tracer-test was conducted for the various flocculation processes that have different structures of flocculation basins. In the result, the retention time distribution (RTD) curves for the flocculation processes were quite different. In case of the inappropriate structure of the flocculation basin, the flow is not even so that the floc does not grow enough. To find out the relationship between mixing intensity and settleability of flocs, G-values were calculated and the settling test was conducted for two flocculation basins which have the same conditions except the G-value. For the flocculation basin with uneven G-value, the floc settleability was revealed poor. On the other hand, the flocculation basin with even G-value, the settleability was better than the previous one. From these experimental results, it is confirmed that the flow pattern is closely related to the structure of the flocculation basin and the settleability is affected by mixing intensity. Therefore the flow pattern and the strength of the mixing intensity should be examined sufficiently to design and operate flocculation basin.
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