[논문]유사입자에 의한 개수로 난류 유속 분포의 변화에 대한 재검토

류권규; 윤병만

doi:10.3741/jkwra.2006.39.9.727

유사입자에 의한 개수로 난류 유속 분포의 변화에 대한 재검토
Re-evaluation of Change of Mean Velocity Profile in Open-Channel Turbulent Flows due to Sediment Particles 원문보기

韓國水資源學會論文集 = Journal of Korea Water Resources Association, v.39 no.9 = no.170, 2006년, pp.727 - 735

초록
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Vanoni가 1946년에 유사를 포함한 흐름에서는 Karman상수가 감소한다고 제안한 이후로 개수로 흐름에서 유사 입자가 평균 유속 분포를 변화시킨다는 것은 매우 잘 알려진 사실이다. 그러나 유사 입자가 어떤 역할을 하는지, 어떤 매개 변수가 변화할 것인지에 대해서는 현재까지도 논쟁이 계속되고 있다. 한편, 어떤 연구자들은 난류중에 유사입자가 투입되더라도 Karman 수는 변하지 않는다고 주장하였다. 본 연구에서는 Karman 수의 변화에 대한 기존의 연구들을 재평가하였다. 이를 통하여 기존 연구들의 방법에서 몇 가지 오류들을 밝혀 내었으며, 왜 이 사항이 오랜 동안 논쟁이 되어왔는가 하는 이유를 찾아내었다. 또한 분석 결과 유사 입자의 투입에 의해 Karman 수는 감소되지만 그 감소량은 기존의 연구들에서 제시된 것보다 훨씬 작음을 밝혔다. 또한 본 연구는 유사의 투입에 의해 Karman 수가 감소되는 기구를 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is well known that sediment particles introduced in open-channel turbulent flows change mean velocity profile, since Vanoni suggested the reduction of the Karman constant in 1946. However, how the sediment particles take such a role and what parameters would be changed have been debated up to now. Some researchers, on the other hand, have insisted that the constant would not be changed regardless of introducing sediment particles. The present study is a careful re-evaluation of the previous studies on this issue. The study revealed some questionable approaches or methods in the decision of the previous researches and found the reason why this issue has been debated for a long time. The result indicated that the Karman number is reduced by adding sediment particles, but the amount of reduction is much smaller than the previous researches insisted. Finally, the present study proposes a mechanism of the Karman number reduction due to sediment particles.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 Karman 수의 계산이 자료의 선택에 얼마나 민감한가를 보이기 위해, 실측 자료를 이용하여 직접 추정해 보았다. 이용된 자료는 Wang and Qian (1989)의 CW1 자료이다.
본 연구에서는 왜 이렇게 결론이 나지 않고 논쟁이 계속되는가 하는 점과 이런 종전의 연구들에서 문제는 없는가 검토하고자 한다. 본 연구에서 이들 모두를 면 밀히 검토한 결과, 몇몇 연구에서는 유속 분포 공식을 잘못 이용하였거나, 적합하지 않은 자료를 이용하는 등 연구 방법이나 자료 등에 문제가 있음이 발견되었다.

가설 설정

4. 유사 입자에 의한 Karman 수의 감소는 유사의 평균 농도와 유사의 입경의 함수로 제시될 수 있을 것이다.
③ 상관 계수는 충분히 커야 한다.
이에 관련된 또 하나의 주장은 Kaftori et al. (1995, 1998)의 연구에서 수행한 것처럼 Karman 수를 상수로 가정하고 유속 분포의 변화가 마찰 속도의 변화 때문에 생긴다고 본 것이다. 이런 류의 연구에는 Muste and Patel (1997), Cellino (1998)의 연구들이 있다.

대상 데이터

본 연구에서는 Karman 수의 계산이 자료의 선택에 얼마나 민감한가를 보이기 위해, 실측 자료를 이용하여 직접 추정해 보았다. 이용된 자료는 Wang and Qian (1989)의 CW1 자료이다. 이것은 유사가 없는 깨끗한 물에 대해 측정한 유속 분포이다.

이론/모형

그는 Karman 수를 산정할 때 Eq. ⑸와 같은 유 속 결손 법칙을 이용하였다. 이 경우 유속 결손 법칙의 적용성에 대한 검토가 먼저 필요하게 된다.

성능/효과

1. 매끄러운 하상 위를 흐르는 개수로 난류에 투입된 유사 입자가 유속 분포에 미치는 영향에 대해 수 행한 많은 연구들 중 상당수가 회귀 분석 상의 오 류, 기본 가정의 오류 등을 지니고 있는 것으로 보인다.
2. 아울러, 매끄러운 하상 위를 흐르는 개수로 난류에 유사 입자를 투입하면 Karman 수가 감소한다. 그러나 그 감소량은 기존의 연구에서 제시된 값에 비해 현저히 작다.
3. 유사 입자가 Karman 수를 감소시키는 기구는 유 사 입자가 외부 영역에서는 속도 지체를 일으키고 내부 영역에서는 유속을 증가시켜 유속 분포의 기 울기를 증가시키기 때문인 것으로 해석할 수 있 다
그러면서 Coleman (1981)은 Coles (1956)의 .후류 법칙을 이용하여 후류 계수 표를 도입하면, Karman 수가 변하지 않고 상수로 일정하게 유지됨을 보였다. 이를 계기로 유사 입자에 의한 평균 유속 분포의 변화에 대한 논쟁이 시작되었다.

참고문헌 (33)

Best, J., Bennett, S., Bridge, J. S., and Leeder, M. (1997). 'Turbulence modulation and particle velocities over flat sand beds at low transport rates.' J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 123(12), pp. 1118-1129

상세보기
Ceilino, M. (1998). Experimental study of suspension flow in open channels, Ph. D. dissertation, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Coleman, N. L. (1981). 'Velocity profiles with suspended sediment.' J. of Hydraulic Research, 19(3), pp, 211-229

상세보기
Coles, D. (1956). 'The law of the wake in the turbulent boundary layer.' J. of Fluid Mechanics, 1, pp. 191-226

상세보기
Einstein, H. A, and Chien, N. (1955). Effect of heavy sediment concentration near the bed on the velocity and sediment distribution. Institute of ？Engineering Research, University of California, Berkeley, CA
Elata, C., and Ippen, A. T. (1961). The dynamics of open channel flow with suspensions of neutrally buoyant particles. Techinical Report No. 45, Hydrodynamics Laboratory, Massachusetts Institute of Technology
Guo, J. (1998). Turbulent velocity profiles in clear water and sediment-laden flows, Ph.D. dissertation, Colorado State University, Fort Collins, CO
Guo, J., and Julien, P. Y. (2001). 'Turbulence velocity profiles in sediment-laden flows.' J. of Hydraulic Research, 39(1), pp. 11-23

상세보기
Gust, G, and Southard, J. B. (1983). 'Effects of weak bed load on the universal law of the wall.' J. of Geophysical Research, 88(C10), pp. 5939-5952

상세보기
Guy, H. P., Simons, D. B., and Richardson, E. V. (1966). Summary of alluvial channel data from flume experiments, 1956-1961. Professional Paper 462-I, U.S. Geological Survey
Itakura, T., and Kishi, T. (1980). 'Open channel flow with suspended sediments.' J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 100(8), pp. 1325-1343
Kaftori, D., Hetsroni, G., and Banerjee, S. (1995). 'Particle behavior in the turbulent boundary layer. II. Velocity and distribution profiles.' Physics of Fluids, 7(5), pp. 1107-1121

상세보기
Kaftari, D., Hetsroni, G, and Banerjee, S. (1998). 'The effect of particles on wall turbulence.' Int. J of Multiphise Flow, 24(3), pp. 359-386

상세보기
Keulegan, G. H. (1938). 'Laws of turbulent flow in open channels', J. Research, National Bureau of Standards, 121
Kiger, K. T., and Pan, C. (2002). 'Suspension and turbulence modification effects of solid particles on a horizontal turbulent channel flow', J. of Turbulence, 3(1), pp. 1-17

상세보기
Kironoto, B. A. (1993). Turbulence characteristics of uniform and non-uniform, rough open-channel flow, Ph. D. dissertation, Swiss Federal Institute of Technology, Lausanne, Switzerland
Kundu, P. K. (1990). Fluid mechanics, Academic Press
Lyn, D. A. (1986). Turbulence and turbulent transport in sediment-laden open-channel flows. Report No. KH-R-49, W. M Keck Laboratory of Hydraulics and Water Resources, California Institute of Technology, Pasadena, CA
McQuivey, R. S. (1973). Summary cj turbulence data from rivers, conveyance dannels, and laboratory flumes. Geological Survey Professional Paper 802-B, U.S. Geological Survey
Muste, M. (1995). Particle and liquid velocity measurements in sediment-laden flows with a discriminator laser-doppler velocimeter, Ph.D. thesis, Dept. of Civil and Environmental Engineering, University of Iowa, Iowa City, IA
Muste, M. (2001). 'Source of bias errors in flume experiments on suspended-sediment transport.' J. of Hydraulic Research, 40(6), pp. 695-708
Muste, M., and Partel, V. C. (1997). 'Velocity profiles for particles and liquid in open-channel flow with suspended sediment.' J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 123(9), pp. 742-751

상세보기
Nezu, I., and Nakagawa, H. (1993). Turbulence in open-channel flows, A.A. Balkema
Nouh, M (1989). 'The von Karman coefficient in sediment-laden flow.' J. of Hydraulic Research. 27(4), pp. 477-499

상세보기
Righetti, M., and Romano, G. P. (2004). 'Particle-fluid interactions in a plane near-wall turbulent flow', J. of Fluid Mechanics, vol. 505, pp. 93-121
Umeyama, M., and Gerritsen, F. (1992). 'Velocity distribution in uniform sediment-laden flow.' J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 118(2), pp. 229-245

상세보기
Vanoni, V. A. (1946). 'Transportation of suspended sediment by running water.' Trans. of ASCE, 111, pp. 67-133
Vanoni, V. A. (1975). Sedimentation engineering, ASCE
Vanoni, V. A., and Nomicos, G. N. (1960). 'Resistance properties of sediment-laden streams.' Trans. of ASCE, 125, pp. 1140-1164
Wang, X., and Qian, N. (1989). 'Turbulence characteristics of sediment-laden flows.' J. of Hydraulic Engineering, ASCE, 115(6), pp. 781-799

상세보기
Wang, X., Wang, Z.-Y., Yu, M, and Li, D. (2001). 'Velocity profile of sediment suspensions and comparison of log-law and wake-law.' Journal of Hydraulic Research, 39(2), pp. 211-217

상세보기
Yu, K. (2004). Particle tracking of suspended-sediment velocity in open-channel flow, Ph.D. thesis, Dept. of Civil and Environmental Engineering, Univ. of Iowa, Iowa City
Zagarola, M. V. (1996). Mean-flow scaling of turbulent pipe flow, Ph.D. dissertation, Princeton Univ., Princeton, NJ

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