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교각주위에서의 흐름은 강한 3차원적 특성을 갖고 있다. 이러한 흐름을 수치 모의 하기 위해서는 3차원 흐름을 해석해야 하며, 이는 계산시간이 과다하게 소요된다. Yulistiyanto 등(1998)은 2차원 수치모형을 이용하여 교각주위의 흐름을 모의하고자 하였다. 본 연구에서는 유한요소법을 사용하여 2차원 천수방정식을 해석함으로써 원형 교각주위의 2차원 흐름을 모의하고자 한다. 본 수치모의에서 ...

교각주위에서의 흐름은 강한 3차원적 특성을 갖고 있다. 이러한 흐름을 수치 모의 하기 위해서는 3차원 흐름을 해석해야 하며, 이는 계산시간이 과다하게 소요된다. Yulistiyanto 등(1998)은 2차원 수치모형을 이용하여 교각주위의 흐름을 모의하고자 하였다. 본 연구에서는 유한요소법을 사용하여 2차원 천수방정식을 해석함으로써 원형 교각주위의 2차원 흐름을 모의하고자 한다. 본 수치모의에서 지배방정식은 난류응력과 확산응력 항을 무시한 2차원 천수방정식으로 구성하였다. 쌍곡선형 편미분방정식인 천수방정식의 해석을 위해서 상향가중 유한요소법을 사용하였다. 상향가중 유한요소법은 천수방정식의 해석시 불연속적인 해에서 발생할 수 있는 수치진동을 감쇄시킬 수 있는 기법으로 알려져 있다. 유한요소법에 의해 구성된 비선형 방정식의 해는 Newton-Raphson 방법을 사용하여 구해진다. 수치모의 결과 원형 교각주위에서 발생하는 유속의 가속화 현상을 관찰할 수 있었으며 이러한 결과는 교각주위 국부세굴 연구에 활용될 수 있다. 그러나 교각 후면에서 발생하는 흐름분리현상과 와류는 모의되지 못하였다. 이러한 사실로부터 와류를 모의하기 위해서는 천수방정식에 난류응력과 확산응력 항을 포함시키는 것이 중요함을 확인할 수 있었다. 교각에 의한 수심의 변화도 모의하였다. 선수파의 크기는 정확하게 묘사되는 것으로 나타났으나 교각측면에서 수위 하강현상과 후면에서 수위가 회복되는 현상의 모의는 부정확하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A 3-D model would be the best for numerical simulation since the flows around a pier are highly three dimensional. But 3-D numerical simulation requires huge computing facilities and excessive consumption of CPU time. There has been a trial simulating the flows around a cylinder through 2-D numerica...

A 3-D model would be the best for numerical simulation since the flows around a pier are highly three dimensional. But 3-D numerical simulation requires huge computing facilities and excessive consumption of CPU time. There has been a trial simulating the flows around a cylinder through 2-D numerical analysis(Yulistiyanto et al., 1998). In this study, the 2-D flow field around a circular pier was simulated by solving shallow-water equations. To solve this system of equations, the finite element method has been opted. The shallow water equations which are used in this study do not take into account the depth averaged turbulent and dispersion stresses. The applied finite element method here is the Petrov-Galerkin scheme which is known as the technique that achieves optimal accuracy for the hyperbolic problems. The nonlinear equations were solved iteratively by means of the Newton-Raphson method. The accelerated flows were observed around a pier as a numerical results. This information can be applied to the research for the local scour around a pier. Behind the cylinder, the flow separation and wake were not depicted. From these facts, it is concluded that we have to include the depth averaged turbulent and dispersion stresses in the numerical model for simulating the wake. The numerical simulation also allowed information to be obtained about the change in the flow depth due to the presence of cylinder. The typical bow wave, having the highest superelevation in front of the cylinder, agreed with the existing research results. The other hand, the descent and recovery phenomena of the flow depth were not estimated exactly.

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