[논문]점착성, 비점착성 부유사 모형에 대한 Schmidt 수의 영향

변지선; 손민우

doi:10.3741/jkwra.2014.47.8.703

점착성, 비점착성 부유사 모형에 대한 Schmidt 수의 영향
Effect of Schmidt Number on Cohesive and Non-cohesive Sediment Suspension Modeling 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.47 no.8, 2014년, pp.703 - 715

변지선 (충남대학교 공과대학 토목공학과) , 손민우 (충남대학교 공과대학 토목공학과)

초록
AI-Helper

본 연구는 Schmidt 수(${\sigma}_c$)에 따른 부유사의 부유 거동 변화 및 흐름 특성의 변화를 살펴본 후, 그에 따라 계산된 성층 흐름의 척도가 되는 Flux Richardson 수($Ri_f$)와 Gradient Richardson 수($Ri_g$)를 근거로 타당한 ${\sigma}_c$의 범위를 산정하는 것을 목적으로 수행되었다. 부유사의 종류를 점착성 유사와 비점착성 유사로 구분하였으며 진동 흐름과 흐름 조건을 가정하고 1차원 연직 수치 모형을 이용하여 수치 실험을 수행하였다. 이 과정에서 ${\sigma}_c$가 난류 감소효과와 관계되는 상수인 것에 근거하여 부유사의 존재로 인한 난류 감소효과 고려 여부에 따른 흐름 특성의 변화를 살펴보았다. 그 결과, 흐름 조건에 관계없이 ${\sigma}_c$의 크기에 따라 부유 거동이 일관된 경향을 나타내는 것이 확인 되었으며 난류 감소효과를 고려하지 않는 경우 유속 및 난류 에너지가 과대 산정 되는 결과가 나타났다. 부유로 인한 성층화 조건을 형성하는 $Ri_f$ 및 $Ri_g$의 범위에 기초하여 결과를 분석하고 ${\sigma}_c$가 0.3에서 0.5의 범위에 해당될 때 성층 흐름 내 유사의 수직 혼합이 유효하게 계산된다는 결론이 도출되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to investigating the effect of Schmidt number (${\sigma}_c$) on sediment suspension and hydrodynamics calculation. The range of ${\sigma}_c$ is also studied based on the flux Richardson number ($Ri_f$) and gradient Richardson number ($Ri_g$). Numerical experiments are carried out by 1 dimensional vertical model. Both cohesive and non-cohesive sediments are tested under the conditions of pure current and oscillatory flow. The turbulence damping effect due to sediment suspension is examined considering ${\sigma}_c$ as a constant for the damping effect. The results of this study show the consistent effect of ${\sigma}_c$ on sediment suspension regardless of hydrodynamic condition. It is also found that the model overestimates the flow velocity and turbulent kinetic energy when the damping effect is not considered. Under the conditions of $Ri_f$ and $Ri_g$ causing density stratification, it is known that the vertical mixing of sediment is reasonably calculated in the range of ${\sigma}_c$ from 0.3 to 0.5.

주제어

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	부유사의 이동은 어떤 과정을 통해 발생하는가?	부유사의 이동은 이송과 확산 과정을 통해 지속적으로 발생하며 이송-확산 방정식으로 모형화된다. 이송-확산 방정식은 난류가 충분히 발달된 흐름에서 평균 흐름 방향으로의 이송을 의미하는 항과 무작위한 난류 및 분자운동에 의한 확산을 의미하는 항으로 구성된다.
	플럭의 구조를 프랙탈 기하학을 통해 이해하는 목적은?	본 연구에서는 점착성 유사의 응집과정을 모형화하기 위해 플럭의 구조를 프랙탈 기하학을 통해 이해한다. Khelifa and Hill (2006)은 플럭 내부를 일차입자가 얼마나 조밀하게 채우고 있는가를 의미하는 프랙탈 차원을 지수법칙으로 표현하였다.
	점착성 유사와 비점착성 유사에 공통적으로 구성한 계산영역은?	본 연구에서는 점착성 유사와 비점착성 유사를 대상으로 하며 흐름 조건을 주기를 가지는 진동 흐름(Oscillatory Flow)과 유속의 크기와 방향이 일정한 흐름(흐름, Current)으로 구분하여 수치 실험을 수행하였다. 두 경우 모두 하나의 크기가 4 mm인 격자를 적용하여 총 2.0 m 높이의 계산영역을 구성하였다. 비점착성 유사의 입자 크기는 매우 가는 모래에 해당되는 100 μm로 가정하였으며 일차입자의 크기는 4 μm를 적용하였다.

참고문헌 (36)

Amoudry, L., Hsu, T.-J., and Liu, P.L.-F. (2005). "Schmidt number and near-bed boundary condition effects on a two-phase dilute sediment transport model." Journal of Geophysical Research, Vol. 110, No. C9, pp. C09003.
Benoit, C.-R., and Beckers, J.-M. (2010). Introduction to Geophysical Fluid Dynamics: Physical and Numerical Aspects. Elsevier.
Celik, I., and Rodi, W. (1988). "Modeling suspended sediment transport in nonequilibrium situations." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 114, No. 10, pp. 1157-1191.

상세보기
Cellino, M. (1998). Experimental study of suspension flowin open channels. Ph.D. dissertation, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, France.
Cellino, M., and Graf, W. (1999). "Sediment-laden flow in open-channels under non-capacity and capacity conditions." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, No. 5, pp. 455-462.

상세보기
Galland, J.-C., Laurence, D., and Teisson, C. (1997). Simulating turbulent vertical exchange of mud with a Reynolds stress model. Proceedings of the 4th Nearshore and Estuarine Cohesive Sediment Transport Conference INTERCO'94, JohnWiley & Sons, allingford, UK, ed. T.N. Burt, W.R. Parker and J. Watts, pp. 439-448.
Howard, L.N. (1961). "Note on a paper by J.W.Miles." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 10, pp. 509-512

상세보기
Hsu, T.-J., and Hanes, M. (2004). "Effects of wave shape on sheet flowsediment transport." Journal ofGeophysical Research, Vol. 109, No. C5, pp. C05025.
Khelifa, A., and Hill, P.S. (2006). "Models for effective density and settling velocity of flocs." Journal of Hydraulics Research, Vol. 44, No. 3, pp. 390-401.

상세보기
Kranenburg, C. (1994). "The fractal structure of cohesive sediment aggregates." Estuarine Coastal Shlef Science, Vol. 39, No. 6, pp. 451-460.

상세보기
Kundu, P.K. (1990). Fluid Mechanics. Academic Press, San Diego.
LEES, B.J. (1981). "Relationship between eddy viscosity of seawater and eddy diffusivity of suspended particles." Geo-Marine Letters, Vol. 1, No. 3-4, pp. 249-254.

상세보기
Miles, J.W. (1961). "On the stability of heterogeneous shear flows." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 10, No. 4, pp. 496-508.

상세보기
Olsen, N.B., and Stokseth, S. (1995). "Three-dimensional numerical modeling of water flow in a river with large bed roughness." Journal of Hydraulic Research, Vol. 33, No. 4, pp. 571-581.

상세보기
Ribberink, J.S., and Al-Salem, A. (1995). "Sheet flow and suspension of sand in oscillatory boundary layers." Coastal Engineering, Vol. 25, No. 3, pp. 205-225.

상세보기
Son, M. (2009). Flocculation and transport of cohesive sediment. Ph.D. dissertation, University of Florida, Gainesville, Florida, United States.
Son, M., and Hsu, T.-J. (2008). "Flocculation model of cohesive sediment using variable fractal dimension." Environmental Fluid Mechanics, Vol. 8, No. 1, pp. 55-71.

상세보기
Son, M., and Hsu, T.-J. (2009). "The effect of variable yield strength and variable fractal dimension on flocculation of cohesive sediment." Water Research, Vol. 43, No. 14, pp. 3582-3592.

상세보기
Son, M., and Hsu, T.-J. (2011a). "The effects of flocculation and bed erodibility on modeling cohesive sediment resuspension." Journal of Geophysical Research, Vol. 116, No. C3, pp. C03021.
Son, M., and Hsu. T.-J. (2011b). "Idealized study on cohesive sediment flux by tidal asymmetry." Envronmental Fluid Mechanics, Vol. 11, No. 2, pp. 183-202.

상세보기
Son, M., and Lee, G.-h. (2013). "On effects of skewed and asymmetric oscillatory flows on cohesive sediment flux: Numerical study."Water Resources Research, Vol. 49, No. 7, pp. 4409-4423.

상세보기
Tennekes, H., and Lumley, J.L. (1994). A first course in turbulence, The MIT press.
Thrope, S.A. (1971). "Experiment on the instability of stratified shear flows: Miscible fluids." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 46, No. 2, pp. 299-319.

상세보기
Toorman, E. (2003). Validation of macroscopic modeling of particle-laden turbulent flows. Proceedings 6th Belgian National Congress on Theoretical and Applied Mechanics, Gent.
Turner, J.S. (1973). Buoyancy Effects in Fluids, Cambridge University Press.
Van Rijn, L.C. (1984). "Sediment transport, Part II: Suspended load transport." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 110, No. 11, pp. 1613-1641.

상세보기
Van Rijn, L.C. (2007). "Unified View of Sediment Transport by current and waves. II: Suspended Transport." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 133, No. 6, pp. 668-689.

상세보기
Wilcox, D.C. (1988). "Reassessment of the scale determining equation for advanced turbulence models." American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, Vol. 26 No. 11, pp. 1299-1310.

상세보기
Winterwerp, J.C. (1998). "A simple model for turbulence induced flocculation of cohesive sediment." Journal of Hydraulic Research, Vol. 36, No. 3, pp. 309-326.

상세보기
Winterwerp, J.C. (2001). "Stratification effects by cohesive and noncohesive sediment." Journal of Geophysical Research, Vol. 106, No. C10, pp. 22559-22574.

상세보기
Winterwerp, J.C. (2002). "On the flocculation and settling velocity of estuarine mud." Continental Shelf Research, Vol. 22, No. 9, pp. 1339-1360.

상세보기
Winterwerp, J.C. (2006). "Stratification effects by fine suspended sediment at low, medium, and very high concentrations." Journal of Geophysical Research, Vol. 111, No. C5, pp. C05012.
Winterwerp, J.C., and van Kesternen, W.G.M. (2004). Introduction to the physics of cohesive sediment in the marine environment. Elsevier.
Wu, W., Rodi, W., and Wenka, T. (2000). "3D Numerical Modeling of Flow and Sediment Transport in Open Channels." Journal ofHydraulic Engineering, Vol. 126, No. 1, pp. 4-15.

상세보기
Yang, C-T. (2003). Sediment transport theory and practice. McGraw-Hill.
Yoon, J.-Y., and Kang, S.-K. (2005). "A numerical model of sediment-laden turbulent flow in an open channel." Canadian Journal of Civil Engineering, Vol. 32, No. 1, pp. 233-240.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

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