[논문]개수로 측벽 세로돌출줄눈의 흐름저항

박상덕; 지민규; 남아름; 우태영; 신승숙

doi:10.3741/jkwra.2013.46.9.947

초록
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급경사 산지하천 수충부의 호안은 대부분 콘크리트 옹벽으로 되어있다. 표면이 매끄러운 콘크리트 옹벽호안은 유속을 더 강화시키기 때문에 수충부 홍수피해의 원인이 되기도 한다. 본 연구에서는 개수로의 한 측벽에 설치한 정사각형 단면의 세로돌출줄눈이 흐름저항에 미치는 영향을 파악하기 위해 수리실험을 수행하였다. 돌출줄눈의 설치간격은 무차원 돌출줄눈 간격 ${\lambda}_{nv}$를 기준으로 조도유형 d형과 k형을 포함하도록 설계하였다. 흐름의 Froude 수는0.81~1.12의 범위였다. 흐름저항은 돌출줄눈의 설치간격과 유량에 좌우되었다. ${\lambda}_{nv}$가 9일 때 흐름저항이 가장 큰 것으로 나타났다. 세로돌출줄눈은 유량이 증가하면 d형 조도에서는 흐름저항을 감소시켰으나 k형 조도에서는 흐름저항을 증가시켰다. 흐름저항의 증가폭은 ${\lambda}_{nv}$이 9~12의 범위에서 상대적으로 더 크게 나타났다. 세로돌출줄눈에 의한 흐름저항은 대부분 형상저항에 의한 것이며 그 등가조도높이는 수심규모로 발생할 수 있고 흐름저항에 미치는 영향이 매우 크다. 측벽의 세로돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 수로의 횡단면 중앙방향으로 이동시키는 수단으로 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Most of flood protection walls built on the impingement in mountain rivers have been made of concrete. It may cause flood disasters because the smooth wall surface could increase flow velocity. In this study the hydraulic experiments was carried out to evaluate the effect of one side wall with recta...

Most of flood protection walls built on the impingement in mountain rivers have been made of concrete. It may cause flood disasters because the smooth wall surface could increase flow velocity. In this study the hydraulic experiments was carried out to evaluate the effect of one side wall with rectangular vertical ribs on flow resistance in open channel. The ratio of the pitch between vertical ribs to its depth, ${\lambda}_{nv}$, was designed so that it include the so-called d type and k type roughness. The range of Froude number, $F_r$, based on hydraulic radius is 0.81~1.12. Flow resistance in the open channel with a rib sidewall depends on the interval length of each ribs and the flow discharge. Maximum flow resistance occurred when ${\lambda}_{nv}$ is 9. In the d type roughness which ${\lambda}_{nv}$ is less than 3, the flow resistance decreases with increase of flow discharge. In the k type roughness which ${\lambda}_{nv}$ is greater than 3, the flow resistance increases with increase of flow discharge. The increments of flow resistance are especially great when ${\lambda}_{nv}$ are 9 and 12. The resistance due to vertical rib is mostly by the shape resistance and the vertical rib on one sidewall of open channel affects on the flow resistance so that the equivalent roughness heights of vertical rib may occur in scale of flow depth. Therefore the vertical ribs may be used to reduce the flow velocity and to move the location of maximum flow velocity from the rib sidewall to the centerward in a cross section of channels.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

개수로 한쪽 측벽에 설치한 정사각형 단면의 세로돌출줄눈이 흐름저항에 미치는 영향을 수리 실험으로 조사하였다. 흐름저항은 돌출줄눈의 설치간격과 유량에 따라 달라지며 가장 큰 흐름저항은 λ_nv가 9일 때 발생하였다.
따라서 유속이 빠른 산지하천에서 유속을 줄일 수 있도록 돌출줄눈을 호안에 설치하고자 할 때 최대 흐름저항과 적정 설치간격을 파악하기 위하여 본 연구에서는 개수로 한쪽 측벽에 부착된 세로돌출줄눈의 간격과 흐름저항의 관계를 수리실험으로 파악하고자 하였다.

제안 방법

돌출줄눈에 의한 등가조도높이는 마찰저항 f_s와 경심 R을 사용하여 산정하였다. Fig.
실험수로의 측벽에 총 6개의 돌출줄눈 설치간격 조건의 돌출줄눈을 설치하고, 실험유량은 80 l/s와 103 l/s로서 펌프와 고수조를 연결한 강관에 설치된 초음파 유량계(Zhuhai Able Autocontrol Equipment사의 모델: TDS100)로 확인하였다. 수위는 초음파 수위계(PIL Sensoren사의 초음파수위계 센서 모델: F4Y-2D-1D0-330E)를 이용하여 0.1초당 1개씩 총 2분 동안 측정한 수위를 평균한 값을 사용하였다. 수위측정 단면에서는 개수로 횡단방향으로 총 6개 지점의 수위를 좌안에서 4.
1초당 1개씩 총 2분 동안 측정한 수위를 평균한 값을 사용하였다. 수위측정 단면에서는 개수로 횡단방향으로 총 6개 지점의 수위를 좌안에서 4.5 cm부터 우안에서5 cm 이격된 지점까지 10 cm 간격으로 동시에 측정하였다. 유속은 돌출줄눈과 돌출줄눈 사이 L을 일정한 간격으로 분할하고 각 횡단면별로 횡방향 4 cm 및 수심방향 0.
실험수로의 측벽에 총 6개의 돌출줄눈 설치간격 조건의 돌출줄눈을 설치하고, 실험유량은 80 l/s와 103 l/s로서 펌프와 고수조를 연결한 강관에 설치된 초음파 유량계(Zhuhai Able Autocontrol Equipment사의 모델: TDS100)로 확인하였다. 수위는 초음파 수위계(PIL Sensoren사의 초음파수위계 센서 모델: F4Y-2D-1D0-330E)를 이용하여 0.
5 cm부터 우안에서5 cm 이격된 지점까지 10 cm 간격으로 동시에 측정하였다. 유속은 돌출줄눈과 돌출줄눈 사이 L을 일정한 간격으로 분할하고 각 횡단면별로 횡방향 4 cm 및 수심방향 0.1～2 cm의 간격으로 총 90～98 지점의 유속 u, v, w를 MicroADV (16-MHz)를 이용하여 측정하였다. 실험수로의 하류단 수위는 조절하지 않고 자유낙하 되도록 하였으며 유속 및 수위의 계측은 돌출줄눈을 설치한 4 m의 시점 부에서 하류로 2.

대상 데이터

수리실험은 Fig. 3과 같이 수로의 길이가 9 m, 폭이 0.6m, 높이가 0.6m, 경사가 0.0035로 고정된 개수로에서 실시하였다. 개수로의 좌우 측면은 유리로 되어 있으며, 유입부 4.

이론/모형

(1)을 이용하여 Darcy-Weisbach 마찰계수(friction factor) ƒ를 산정하였다.
(2002)은 직선수로에서 측벽 돌출줄눈의 높이와 간격을 변화시키며 흐름과 열전달을 해석하였으며, 높이와 간격의 비가 9일 때 가장 큰 압력손실과열전달이 나타난다고 하였다. 수로 바닥에 설치한 돌출줄눈이 흐름특성에 미치는 영향에 관한 연구는 수리실험과 LES기법을 사용한다(Cui et al., 2003; Khan et al., 2006; Agelinchaab and Tachie, 2006). 개수로의 측벽에 설치된 세로돌출줄눈이 흐름저항을 증가시키는 것은 흐름에 대한 조도요소의 영향이 다르게 나타나기 때문이다.

성능/효과

돌출줄눈 설치에 따라 유속은 돌출줄눈 부근에서 상대적으로 느리다. 돌출줄눈의 간격이 크면 무차원 유속이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. Fig.
세로돌출줄눈의 등가조도높이는 유량에 따라 다르지만, 수심규모로 발생할 수 있어 흐름저항에 미치는 영향이 매우 큰 것을 알 수 있다. 돌출줄눈의 설치에 따른 횡단면의 유속분포를 보면 수로 바닥과 돌출줄눈 설치벽면에 가까이 갈수록 변화폭이 크고 수심방향으로 유속분포의 기울기도 수로 바닥 부근에서 큰 것으로 나타났다. 또한 최대 u/U_*의 발생위치는 돌출줄눈 설치벽면에서 먼 곳으로 이동하기 때문에 돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 횡단면 중심방향으로 이동시키는데 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
수로의 횡단방향으로 나타낸 u/U_*는 돌출줄눈 설치벽면에 가까울수록 감소폭이 크며, 그 연직방향으로의 변화는 수로 바닥 가까이에서 컸다. 또한 줄눈을 설치한 벽면에서 멀수록, 즉 y/B가 증가할수록 u/U_*가 증가하였다. 이는 측벽에 설치한 돌출줄눈이 최대유속의 발생위치를 횡단면 중앙 방향으로 이동시킬 수 있다는 것을 나타낸다.
5에서 보면 λ_nv가 9～12에서 유량증가에 대한 흐름저항 증가를 나타내는 변동지수 I_c는 2이상으로 매우 크다. 실험유량이 약 28.8% 증가한 것에 비해 실험유속은 8.4～13.9% 증가하였고 흐름저항은 35.1～109.8%의 증가를 나타내었다. 이는 돌출줄눈의 간격이 어떤 값 이상이 되면 흐름저항을 증가시키는 효과가 있다는 것을 의미한다.
최대 등가조도높이는 λnv가 9일 때 발생하고 유량이 130 l/s일 때 수심의 약 139%, 유량 80 l/s 에서는 수심의 70%가 되었으며, λnv가 1일 때의 등가조도높이는 유량 130 l/s에서 4.1 × 10-7%이고, 유량 80 l/s 에서 3.3%가 되었다.

후속연구

이는 측벽에 설치한 돌출줄눈이 최대유속의 발생위치를 횡단면 중앙 방향으로 이동시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서 돌출줄눈은 측벽의 흐름저항을 강화하고 최대유속의 발생위치를 조절하는 수단으로 사용이 가능할 것으로 생각된다.
돌출줄눈의 설치에 따른 횡단면의 유속분포를 보면 수로 바닥과 돌출줄눈 설치벽면에 가까이 갈수록 변화폭이 크고 수심방향으로 유속분포의 기울기도 수로 바닥 부근에서 큰 것으로 나타났다. 또한 최대 u/U_*의 발생위치는 돌출줄눈 설치벽면에서 먼 곳으로 이동하기 때문에 돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 횡단면 중심방향으로 이동시키는데 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 직선수로에 정사각형 단면 돌출줄눈을 한쪽 측벽에 세로방향으로 설치하고 흐름저항을 조사한 것이므로, 돌출줄눈의 횡단면 형상 및 설치방향을 다양하게 한 경우와 개수로 만곡부의 측벽에 돌출줄눈을 설치할 경우의 흐름저항에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.
또한 최대 u/U_*의 발생위치는 돌출줄눈 설치벽면에서 먼 곳으로 이동하기 때문에 돌출줄눈은 흐름저항을 증가시키고 최대유속의 발생위치를 횡단면 중심방향으로 이동시키는데 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 직선수로에 정사각형 단면 돌출줄눈을 한쪽 측벽에 세로방향으로 설치하고 흐름저항을 조사한 것이므로, 돌출줄눈의 횡단면 형상 및 설치방향을 다양하게 한 경우와 개수로 만곡부의 측벽에 돌출줄눈을 설치할 경우의 흐름저항에 대해서는 추가적인 연구가 필요하다.

참고문헌 (13)

Agelinchaab, M., and Tachie, M.F. (2006). "Open channel turbulent flow over hemispherical ribs." International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 27, pp. 1010-1027.

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Blanckaert, K., Duarte, A., and Schleiss, A.J. (2010). "Influence of shallowness, bank inclination and bank roughness on the variability of flow patterns and boundary shear stress due to secondary currents in straight open-channels." Advances inWater Resources, Vol. 33, pp. 1062-1074.

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Chow, V.T. (1959). Open channel hydraulics. McGraw-Hill, pp. 196-198.
Cui, J., Patel, V.C., and Lin, C.L. (2003). "Large-eddy simulation of turbulent flow in a channel with rib roughness." International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 24, pp. 372-388.

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Henderson, F.M. (1966). Open channel flow. Macmillan Pubblishing Co., Inc., pp. 94-96.
Hersberger, D.S. (2002). Wall roughness effects on flow and scouring in curved channels with gravel bed. Ph. D. dissertation, EPFL 2632.
Keshmiri, A., Cotton, M.A., and Addad, Y. (2002). "Numerical simulations of flow and heat tranfer over rib-roughened surfaces." International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 23, Issue. 6, pp. 750-757.

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Khan, M.I., Simons, R.R., and Grass, A.J. (2006). "Influence of cavity flow regimes on turbulence diffusion coefficient." Journal of Visualization, Vol. 9, No. 1, pp. 57-68.

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Leonardi, S., Orlandi, P., Smalley, R.J., Djenidi, L., and Antonia, R.A. (2003). "Direct numerical simulation of turbulent channel with transverse square bars on one wall." J. Fluid Mechanics, Vol. 491, pp. 229-238.

상세보기
Morris, H.M. (1959). "Design Methods for Flow in Rough Conduits." Journal of Hydraulic Division, ASCE, Vol. 85, No. Hy 7, pp. 43-62.
Perry, A.E., Schofield, W.H., and Joubert, P.N. (1969). "Rough wall turbulent boundary layers." J. Fluid Mechanics, Vol. 37, pp. 383-413.

상세보기
Thorne, S.D., and Furbish, D.J. (1995). "Influences of coarse bank roughness on flow within a sharply curved river bend." Geomorphology, Vol. 12, No. 3, pp. 241-257.

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Wang, L., Salewski, M., and Sunden, B. (2010). "Turbulent flow in a ribbed channel: Flow structures in the vicinity of a rib." Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 34, pp. 165-176.

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