[논문]상수관망의 수격현상 모의를 위한 외부 유출입 유량의 효율적해석

박재홍; 한건연

상수관망의 수격현상 모의를 위한 외부 유출입 유량의 효율적해석
Efficient Calculation of External Flow for Transient Simulation in Pipe Networks 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.34 no.5, 2001년, pp.427 - 438

박재홍 (세명대학교 건설공학부 토목공학전공) , 한건연 (경북대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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본 연구에서는 상수관망의 비정상 상태 흐름을 해석하기 위하여 파속조절법을 이용하여 관망해석모형을 개발하였다. 특성선법을 이용한 실제 상수관망에서의 부정류 해석시 다양한 경계조건의 존재로 인해 해석과정이 매우 복잡하게 된다. 이러한 특성선법 해석의 어려움을 극복하고자 보다 간단하고 정확하게 경계조건을 처리할 수 있는 기법을 도입하였고 외부 유출 유량을 직접적으로 해석할 수 있는 방정식을 유도하였다. 또한 유도된 방정식을 이용하여 수격해석 모형을 개발하였으며 모형의 적용성 검토를 위해 여러 가지 외부유출 유량 경계조건을 가진 가상관망 및 26 개 관로를 가진 실제관망에 개발된 모형을 적용하였다. 본 모형의 모의결과는 Karney의 해석결과와 비교되었고 모든 시간대의 유량과 압력들을 잘 일치하고 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A numerical model to analyze the unsteady flow in water distribution system was developed by using wave adjustment method. When analyzing the unsteady flow in the real water distribution system, the computational procedures are very complex due to the various boundary condition. Wave adjustment method, which can solve the boundary condition more simply and accurately, was introduced to overcome this difficulty and related equations to solve external flow directly were presented. Using these equations, the numerical model was developed to analyze water hammer. The suggested model was applied to a hypothetical distribution system and a real system with 26 pipes with various external flow boundary condition to evaluate the applicability of the developed model. The simulation results by this model agree with those by Karney's analysis in terms of discharge and pressure.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

램 을 개발하고자 하였다. 이를 위해 경계조건이 해석되어야 할 설점에 부착된 펌프 각종 밸브, 조압수조 및 수조와 연결된 관 등과 같은 여러 기지 외부유출 징치들의 조합들을 모형화하였다.
본 연구는 싱수관망의 비정상 상태 흐름을 해석하기 위하여 파속조절법을 이용하여 관밍해석모형을 개발하 였다. 특성선법을 이용한 실제 상수관망에서의 부정류 해석시 다잉힌, 경계조건의 존재로 인해 해석과정이 매우 북집히게 된다.
그러나 특성선법이 실제 괸망에 적용될 경우 관낭내에 설치된 다양한 수리 장치(hydraulic device)의 해석을 위해 각 징치들의 보조방정식 도입으로 특성선법 해석과정은 매우 복잡하게 되어 좀 더 간결한 프로一그램의 알고리듬과 정교한 구성이 요구된다. 본 연구에서는 간단하고 양해적으로 계산가능한 경계조건식의 도입을 통하여 혼란한 알고리듬의 개발 복잡한 디버깅이나 미세한 곳에 과도한 노력의 집중과 같은 임의적이고 불필요한 요소들을 지양하고 좀 더 해석과정이 명확하며 프로그램의 작싱이 쉽고 디버깅 작업이 효율적으로 이루이질 수 있는 해석기법을 제시하고자 하였다.
특성선법을 이용한 실제 상수관망에서의 부정류 해석시 다잉힌, 경계조건의 존재로 인해 해석과정이 매우 북집히게 된다. 본 연구에서는 이러한 뜩성선빕 해석의 어려움을 극복하고자 보다 간단하고 정확하게 경 계조건을 처리할 수 기법을 도입하였고 이 기법을 이용하여 외부 유출 유량을 직접적으로 헤석할 수 있는 방정식을 유도하였다. 또한 유도된 방정식을 이용하여 수격해석 모형을 개빌하였으며 모헝의 적용성 검토를 위해 여러 가지 외부유출 유량 경계조건을 가진 가상 관망 및 26 개 괸로를 가진 실제관망에 개발된 모형을 적용하였다.

제안 방법

식 (15)를 이용하여 외부유출 절점에서의 경계조건을 직접적으로 해석할 수 있는 수격헤석 모형을 개발 하였다. 개발된 모형의 적용성을 검토하기 위해 여러 가지 형태의 외부 유출경계조건을 가진 가상관망과 실제 관로에 본 모형을 적용하여 적용성을 검증하였다.
개발된 본 모형을 모 뇡역시 상수관망에 적용하였다. .
개발된 수격해석모형의 적용성과 효율성을 검증하기 위해 다양한 경계조건을 가진 가상관망 및 26 개외 관로를 가진 실제 관망에 대하여 벨브의 폐쇄 및 외부 유출량의 변화로 인한 관로내의 입력의 변화 및 과도 압력 안전장치의 거동을 모의하였다.
모든 경계조건들에 대한 상세한 해석과정외 기술은 반복적인 설명이 될수 있고 제한된 지면공간에서는 불기능하다. 그러므로 본 연구에서는 외부 에너지 감쇠장 치(external energy dissipator) 이라고 블리는 복합적인 유체 저장장치 (composite storage element) 의 에너지 손실 및 외부 유출입 유량을 직접적으로 계산 할 수 있는 양해적 방정식(explicit equation)을 제시 하였다
본 연구에서는 이러한 뜩성선빕 해석의 어려움을 극복하고자 보다 간단하고 정확하게 경 계조건을 처리할 수 기법을 도입하였고 이 기법을 이용하여 외부 유출 유량을 직접적으로 헤석할 수 있는 방정식을 유도하였다. 또한 유도된 방정식을 이용하여 수격해석 모형을 개빌하였으며 모헝의 적용성 검토를 위해 여러 가지 외부유출 유량 경계조건을 가진 가상 관망 및 26 개 괸로를 가진 실제관망에 개발된 모형을 적용하였다. 적용결과 본 연구에서 개발된 모형은 기존의 연구결과와 유량 및 압력 등에서 잘 일치하고 있었으며 실제 관망의 적용에도 합리적인 결과를 나타내고 있어 복잡한 도시상수관망의 부정류 해석에 적용성이 있음이 판단되었다.
이 떼 제수벨브는 처음 1 초에 10 % 개방 및 20 촌에 완전 폐쇄 조건에 대해 500 초까지의 모외 결과를 도시한 것이다. 부정류 해석을 시작하기전 본 수격해석 모형을 이용한 성싱싱해 해석을 다시 수행하였다. 이는 정상류 헤석결괴를 초기조건으로 이용하여 부정류해석을 시작 할 경우 해석 초기에 압력 및 유량의 동요 (perturbation)를 나타내어 수치적 동요를 방지하고자 졍싱해식을 수행하였고 정상 해석결과는 표 4에서 역시 나타나 있다 표 4에서 보여지는 바와 같이 부정류 모형음 이용한 초기조건의 결과와 정상상데 해석결과 정상해석 모형과 해석결괴.
램 을 개발하고자 하였다. 이를 위해 경계조건이 해석되어야 할 설점에 부착된 펌프 각종 밸브, 조압수조 및 수조와 연결된 관 등과 같은 여러 기지 외부유출 징치들의 조합들을 모형화하였다.

대상 데이터

본 수격모의는.펜티엄 500, 노트북 컴퓨터에서 수행 되었다. 컴퓨터의 계산시간은 정상해석을 위한 시간을 포함하여 약 3 초 정도 소요되었고 엄청난 계산결과를 위한 저징징치의 기록시긴을 제외하면 순수 게산시간 은 훨씬 짧은 것으로 예싱된다.

이론/모형

본 연구에서는 피속(wave speed) 외 불확실성을 고려하여 식 (4)와 같이 파속을 합리적 범위니에서 조정히는 기법인 피속조절법을 이용하였다(Wylie 와 Streeter, 1993). 이 기법은 공간 및 시간 보간 방법과 마찬가지로 특성영역의 왜곡이 어느정도 발생하지만 프로그램이 간단하게 작성되어 계산시간이 짧고 정확한 결괴를 나타낼 수 있다(Kamey와 McInnis, 1997).
분 모형의 촌기조건은 선형화 기법을 이용히여 계산된 관로의 유량 및 절점수두을 이용하였으며 표 5 에 시 나타나 있다.

성능/효과

모의결과는 Kamey 의 연구결고KKamey 와 McInnis, 1993)와 비교되있으며 비교된 모든 질점에 서 압력과 유출유랑이 잘 일치하고 있는 것으로 판단 된디-. 그리나 임력수두의 비교에서 미소한 편차가 발생하느 것은 피-속조질법을 이용하여 모형을 구성할 겅우 각 괸코에서 어느정도 피속의 수정이 요구된다 이때 본 모형과 비교된 모형의 피속의 값이 닐라 펀차가 발생한 것으로 압력 첨두치의 미소한 시간지체가 빌생하고 있으나 유출입 유량 압력파의 크기 및 압력파의 변화 잉싱- 등은 Karney의 모형과 일치하고 있어 논 연구에서 개빌된 모형은 주어진 관방에서의 부정류 상태를 잘 모의하고 있는 것으로 판단된다.
또한 유도된 방정식을 이용하여 수격해석 모형을 개빌하였으며 모헝의 적용성 검토를 위해 여러 가지 외부유출 유량 경계조건을 가진 가상 관망 및 26 개 괸로를 가진 실제관망에 개발된 모형을 적용하였다. 적용결과 본 연구에서 개발된 모형은 기존의 연구결과와 유량 및 압력 등에서 잘 일치하고 있었으며 실제 관망의 적용에도 합리적인 결과를 나타내고 있어 복잡한 도시상수관망의 부정류 해석에 적용성이 있음이 판단되었다.

후속연구

본 연구모형은 좀 더 많은 실제관망 및 경계조건을 가진 관망의 적용을 퉁헤 모형의 적용성이 입증된다면 부정류 해석을 이용한 관로의 설게 및 관로내 오염물의 이송 해석 등에 효과적으로 이용될 수 있을 것으로 관단뇐다

참고문헌 (11)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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