[논문]경사도가 다른 수중 삼각형상구조물 주위의 유동특성

최상범; 조대환

doi:10.7837/kosomes.2014.20.2.241

초록
AI-Helper

본 연구에서는 수중 삼각형상구조물의 경사도와 레이놀즈 수 변화에 따른 구조물 주위의 유동특성을 분석하였다. 모델링한 삼각형상구조물 주위의 유동장은 회류수조에서 가시화실험과 입자영상유속계(PIV)를 이용하여 계측하였다. 실험결과 경사각이 $45^{\circ}$인 삼각형상구조물이 레이놀즈 수 $Re=2.9{\times}10^3$에서 구조물 높이의 2.7배까지 상승하는 속도성분이 나타났다. 레이놀즈 수가 일정할 때 경사각이 클수록 구조물 후방에 하강하는 속도성분이 크게 나타났고, y/hs=1.75이상의 영역에서는 경사각과 레이놀즈 수가 구조물 후방의 유동형태에 변화를 주지 않았다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to investigate the flow characteristics around underwater triangular structure with various inclination and Reynolds number. A flow fields around the triangular structure model were measured by visualization method and PIV in the circulating water channel. The result of ...

The purpose of this study is to investigate the flow characteristics around underwater triangular structure with various inclination and Reynolds number. A flow fields around the triangular structure model were measured by visualization method and PIV in the circulating water channel. The result of the experiment is where the triangular structure that has a inclination of $45^{\circ}$ and the reynolds number at $Re=2.9{\times}10^3$ showed rising velocity component to 2.7 times of the structure height. When the reynolds number is steady and when the inclination is greater the descending velocity component of the structure's rears current form is greatly shown and for the areas where it's more than y/hs=1.75 has a change in the angle of inclination but it doesn't give a great effect to it.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

용승효과는 저층수가 표층을 향하여 상승하는 것을 말하기 때문에 실험유체의 구조물 상부영역과 후방의 유동특성을 규명해야 한다. 따라서 본 실험에서는 계측영역을 수중구조물의 높이(hs)를 기준으로 하여 구조물 상부 방향으로 2.75 hs, 구조물 배후 방향으로 4 hs로 설정하였으며, 계측영역을 중심으로 경사면의 각과 유속의 변화에 따른 속도분포 변화와 구조물주위의 유동특성을 분석하는데 주안점을 두었다.
따라서 본 연구에서는 용승효과가 가장 우수하다고 알려진 삼각형상구조물을 모델링하여 PIV계측을 통해 유동장을 가시화하고, 삼각형상구조물의 경사도와 레이놀즈 수의 변화에 따른 구조물주위의 유동장 특성을 비교하여 관련 분야의 기초적인 자료제공을 목적으로 한다.

제안 방법

5°, 60°인 이등변삼각형으로 높이(hs)는 60 mm로 동일하다. 구조물에는 레이저 광의 반사를 막기 위해 검은색으로 무광택 코팅을 하였다. 실험에 적용한 유속은 0.
1)과 제어 및 계산용 컴퓨터(Host computer) 등으로 구성된다. 레이저로부터 원통형 렌즈를 통해 2차원의 단면광을 생성하여 계측 유동장을 가시화 하고, 가시화된 영상을 고속카메라를 이용하여 프레임 속도 125 fps로 연속적으로 촬영한다. 촬영된 영상은 이미지를 0에서 255단계의 Gray레벨로 전송하는 Fastcam-X 1280 PCI를 통해 1280×1024 pixel로 컴퓨터에 저장된다.
본 연구에서는 삼각형상구조물을 모델링하여 구조물 주위의 유동장을 PIV계측을 통해 유동장을 가시화하고, 삼각형상구조물의 경사도와 레이놀즈 수의 변화에 따른 구조물 주위의 유동장 특성을 비교하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

실험에 사용된 회류수조는 1000×300×300(mm) 크기의 직사각형이며 균일한 유입속도를 얻기 위하여 전방에 정류관과 다공판을 설치하였다.
실험을 위해 제작된 세 가지 모양의 삼각형상 구조물은 밑변에 대한 경사각이 45°, 52.5°, 60°인 이등변삼각형으로 높이(hs)는 60 mm로 동일하다.
실험에 사용된 회류수조는 1000×300×300(mm) 크기의 직사각형이며 균일한 유입속도를 얻기 위하여 전방에 정류관과 다공판을 설치하였다. 유동장의 유입유속은 축류모터의 회전수에 의해서 결정되며, 실험유체는 11˚C의 수도수를 사용하였다. 유동장 가시화를 위한 PIV는 유동장 분석을 위해 사용된 입자의 이동을 미소시간의 간격을 두고 얻어진 영상을 이용하여 속도벡터에 대한 데이터를 컴퓨터를 이용하여 분석하는 방법이다.
이 실험에서 사용된 고체 트레이서 입자는 비중이 대략 1.02 전후이며, 거름망을 이용하여 평균직경이 110μm 전후의 추종성과 산란성이 우수한 백색의 PVC(Poly Vinyl Chiloride) 구형 입자를 사용하였다.

성능/효과

(1) 경사각이 45°인 삼각형상구조물이 레이놀즈 수 Re=2.9×103에서 다른 구조물에 비해 상승하는 속도성분이 가장 높게 나타났다.
(2) y/hs=1.75이상의 영역에서는 경사각과 유속의 변화가 구조물 후방의 유동형태에 영향을 주지 않았다.
(3) 레이놀즈 수가 증가함에 따라 각 구조물 후방에 상승속도 성분도 증가하였다.
(4) 레이놀즈수가 동일할 때 경사각이 작아질수록 볼텍스의 중심이 후방으로 이동하였고, 경사각이 클수록 구조물 후방에 하강하는 속도성분이 크게 나타났다.
또한, 볼텍스의 중심 좌측부근에는 순환류에 의해 상승하는 속도장이 형성되어 있음을 보였다. 따라서 삼각형상구조물 형상에 따라 볼텍스의 중심 위치가 변하며 볼텍스의 중심이 구조물로부터 멀어지면 후방에서 새로운 타원형의 와류가 발생되어 후방영역의 유동패턴에 영향을 미치고 있음을 알 수 있었다.
유속이 동일하고 구조물의 높이가 일정할 때 경사각이 작아질수록 볼텍스의 중심이 후방으로 이동하는 것을 알 수 있었다. 볼텍스의 중심을 기점으로 후방에서는 큰 규모의 순환류가 형성되어 수직속도성분이 음의 값을 나타냈으며 경사각이 클수록 그 값은 크게 나타났다.
평균적으로 경사각이 45°인 구조물의 수직속도 성분이 높게 나타났으며, x/hs=1.5 부근을 기점으로 x/hs=3.0까지 45°인 구조물의 수직속도가 가장 높게 나타났으며, 60°인 구조물이 가장 작은 값을 보였다.

후속연구

향후 세분화된 유속과 경사각에 대해 다양한 검토가 이루어져야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 유동장의 유입유속를 결정하는 것은 무엇인가?	실험에 사용된 회류수조는 1000×300×300(mm) 크기의 직사각형이며 균일한 유입속도를 얻기 위하여 전방에 정류관과 다공판을 설치하였다. 유동장의 유입유속은 축류모터의 회전수에 의해서 결정되며, 실험유체는 11˚C의 수도수를 사용하였다. 유동장 가시화를 위한 PIV는 유동장 분석을 위해 사용된 입자의 이동을 미소시간의 간격을 두고 얻어진 영상을 이용하여 속도벡터에 대한 데이터를 컴퓨터를 이용하여 분석하는 방법이다.
	인공용승 구조물이란 무엇인가?	1 %에 불과 하나 용승해역은 어류 생산량은 전체의 약 50 %를 차지함으로써 어업생산의 중요한 부분을 차지한다(Ryther, 1969). 이러한 용승현상을 인위적으로 발생하게 하는 것이 인공용승 구조물이며 수중방파제등과 함께 해저에 설치되어 용승류를 만들어 내는 중요한 역할을 한다(Yanagi and Nakajima, 1991). 해양수중구조물에 대한 연구를 살펴보면, Kim and Hwang(2006a)은 수중 구조물의 유동 특성 및 유동 변화에 대한 연구를 통하여 수중 구조물의 기능 및 안정성 검토에 대해 연구하였고, Jeon et al.
	PIV를 수행할때 유의해야할 점은 무엇인가?	유동장 가시화를 위한 PIV는 유동장 분석을 위해 사용된 입자의 이동을 미소시간의 간격을 두고 얻어진 영상을 이용하여 속도벡터에 대한 데이터를 컴퓨터를 이용하여 분석하는 방법이다. 따라서 입자의 추종특성이 결과의 신뢰성을 좌우하므로 입자가 작동유체와 가능한 밀도차가 작은 것을 사용하여 침강 또는 부력의 영향을 최소화 하여야 한다. 이 실험에서 사용된 고체 트레이서 입자는 비중이 대략 1.

참고문헌 (9)

Cho, K. D., D. S. Kim and S. E. Park(2003), "Characteristics of Oceanographic Conditions in an Area Suitable for the Construction of Artificial Upwelling", Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 36, No. 2, pp. 187-192.

원문보기 상세보기
Han, W. H. and D. H. Cho(2008), "A Study on the Flow Characteristics around Underwater Triangular Structure", Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 14, No. 1, pp. 21-27.
Jeon, Y. H, G. S. Lee, Y. K Yoon and C. R. Ryu(2007), "An Experimental Study for the Falling Test and Upwelling Effect of the Artificial Upwelling Structur", Journal of Ocean Engineering and Technology Vol. 21, No. 4, pp. 21-27.
Kim, D. S. and S. B. Hwang(2006a), The Variation of Current by the Building of Artificial Upwelling Structure (I), Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 12, No. 4, pp. 301-306.
Kim, D. S. and S. B. Hwang(2006b), "Characteristics of Oceanographic Environment in a Sea Area for the Building of Artificial Upwelling Structure", Jouranl of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 12, No. 1, pp. 1-8.
Kim, S. H., S. W. Bae and D. S. Kim(2009), "Numerical Experiments for Upwelling Phenomenon Caused by Artificial Seamoun", Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, Vol. 36, No. 2, pp. 37-41.
Kim, W. G.(2006), A Study on Characteristics of the Three-Dimensional Flow around Submerged Structures, Graduate School Pukyong University, p. 54.
Ryther, J. H.(1969), Photosynthesis and Fish Production in the Sea, The production of organic matter and its conversation to higher forms of life vary throughout the world ocean, Science 166, pp. 72-76.

상세보기
Yanagi, T. and M. Nakajima(1991), "Change of oceanic condition by the man-made structure for upwelling", Marine pollution bulletin, Macmillan Journals, 23, pp. 131-135.

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

경사도가 다른 수중 삼각형상구조물 주위의 유동특성
Flow Characteristics around Underwater Triangular Structure with Different Inclination 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

경사도가 다른 수중 삼각형상구조물 주위의 유동특성 Flow Characteristics around Underwater Triangular Structure with Different Inclination 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

최상범 (6) 조대환 (46)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

경사도가 다른 수중 삼각형상구조물 주위의 유동특성
Flow Characteristics around Underwater Triangular Structure with Different Inclination 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper