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최근 개발된 LSIV(Large Scale Image Velocimetry)와 전자파 표면유속계 같은 표면유속 측정 기법은 비교적 짧은 시간동안에 급격히 변화하는 홍수시의 유량 측정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 측정된 표면유속으로부터 하천 유량을 구하기 위해서는 표면유속과 평균유속의 관계를 알아야 하고 이를 알기 위해서는 자유표면 부근의 외부영역에 대한 정확한 유속분포를 알아야 한다. 비교적 이론이 잘 정립되어 있는 내부영역과는 달리 외부영역에 대해서는 아직 이론이 확실히 정립되지 않은 상태여서 그 특성을 규명하기 위해서는 더 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 입자영상유속계(PIV)와 일차원 프로펠러 ...

최근 개발된 LSIV(Large Scale Image Velocimetry)와 전자파 표면유속계 같은 표면유속 측정 기법은 비교적 짧은 시간동안에 급격히 변화하는 홍수시의 유량 측정이 가능하다는 장점이 있다. 그러나 측정된 표면유속으로부터 하천 유량을 구하기 위해서는 표면유속과 평균유속의 관계를 알아야 하고 이를 알기 위해서는 자유표면 부근의 외부영역에 대한 정확한 유속분포를 알아야 한다. 비교적 이론이 잘 정립되어 있는 내부영역과는 달리 외부영역에 대해서는 아직 이론이 확실히 정립되지 않은 상태여서 그 특성을 규명하기 위해서는 더 많은 연구가 필요한 실정이다. 본 연구는 입자영상유속계(PIV)와 일차원 프로펠러 유속계를 이용하여 개수로 흐름의 외부영역 연직 유속분포를 측정하고 분석하였다. 수리실험은 크게 두 가지 조건에 대해 수행하였다. 첫 번째는 하상조건에 따른 유속분포의 변화를 파악하고 두 번째는 동일한 하상조건에 대해 흐름특성에 따른 유속분포의 변화를 파악하기 위해 Froude 수를 변화시켜가며 유속분포를 측정하였다. 측정 결과 바닥에서부터 최대 유속발생지점까지는 후류법칙과 잘 맞는 것으로 나타났으나, 최대 유속발생지점으로부터 수표면까지 유속이 감소하는 현상이 나타났다. 또한 외부영역의 유속분포는 조도보다 Froude 수의 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며 Froude 수가 증가함에 따라 유속감소 현상도 커지는 것을 알 수 있었다. 이에 따라 최대유속과 표면유속의 차와 평균유속과 표면유속의 비가 Froude 수가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

Non-contact measurement techniques, such as LSIV(Large Scale Image Velocimetry) and micro-wave surface velocimetry, have the advantages in measuring the water discharge of flood which fluctuates rapidly. In order to determine the river discharge, those techniques reqiure knowledge on the relationshi...

Non-contact measurement techniques, such as LSIV(Large Scale Image Velocimetry) and micro-wave surface velocimetry, have the advantages in measuring the water discharge of flood which fluctuates rapidly. In order to determine the river discharge, those techniques reqiure knowledge on the relationship between the surface velocity and the average flow velocity. Contrast to the inner region where the velocity distribution has been well established theoretically, the velocity profile of the outer region is not well-defined yet. The present study aims to measure and analyze the vertical velocity distribution of outer region of open-channel flow with PIV (Particle Image Velocimetry) and and 1-D propeller velocimeter. Two sets of hydraulic experiments were performed. The first set was conducted to investigate the effect of bed roughness on the velocity distribution. The second set of experiments was done to figure out the effect of the Froude number on the velocity distribution under the same bed roughness. The results of the experiments reveal that the wake-law fits well from the bottom to the height of maximum velocity, but does not fit over the maximum velocity point due to velocity-dip phenomenon. The velocity distribution of the outer region is more influenced by the Froude number than the roughness. The velocity-dip phenomenon seems to be proportional to the Froude number. Both the velocity difference between maximum velocity from surface velocity and the ratio of the average velocity to surface velocity become larger as the Froude number increases.

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