선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 기존에 연구된 만곡수로에 설치된 횡월류 위어를 상용 3차원 CFD모형인 FLOW-3D를 이용하여 횡월류 위어의 흐름을 모의하여 그 적용성을 검증하고, 곡률 변화에 따른 만곡부 횡월류 위어에서의 유량계수와 여러 변수들과의 관계를 정립하고 특성을 분석하는데 목적이 있다. 또한 만곡수로에 횡월류 위어를 설치하였을 때, 그 흐름 특성의 변화를 분석하여, 횡월류 위어 주변의 수심 및 유속변화, 월류량에 영향을 미치는 인자들을 관찰하고, 월류량에 가장 직접적인 영향을 미치는 인자인 유량계수를 산정하여 영향인자들과의 관계를 무차원하여 분석하여 만곡부에 설치된 횡월류 위어의 실용적인 기준으로 활용할 수 있는 자료를 제시하고자 한다.
- 본 연구에서는 기존에 연구된 만곡수로에 설치된 횡월류 위어를 상용 3차원 CFD모형인 FLOW-3D를 이용하여 횡월류 위어의 흐름을 모의하여 그 적용성을 검증하고, 곡률 변화에 따른 만곡부 횡월류 위어에서의 유량계수와 여러 변수들과의 관계를 정립하고 특성을 분석하는데 목적이 있다. 또한 만곡수로에 횡월류 위어를 설치하였을 때, 그 흐름 특성의 변화를 분석하여, 횡월류 위어 주변의 수심 및 유속변화, 월류량에 영향을 미치는 인자들을 관찰하고, 월류량에 가장 직접적인 영향을 미치는 인자인 유량계수를 산정하여 영향인자들과의 관계를 무차원하여 분석하여 만곡부에 설치된 횡월류 위어의 실용적인 기준으로 활용할 수 있는 자료를 제시하고자 한다.
제안 방법
- b를 고정시키고 Rc 를 변화시킴으로써 Rc/b의 변화에 따른 유량계수의 변화를 분석하고, 만곡수로의 월류량(Qwc) 에 대한 직선수로의 월류량(Qws)의 비인 Qwc/Qws와 유량계수와의 관계를 분석하였다.
- 그리고 곡률을 변화시키며 실험수로를 설계하였으며, Froude수 및 기하학적 인자들을 변화시켜가며 횡월류 위어의 상·하류에서의 수심과 월류량을 측정하고 유량계수를 산정하였다.
- 12 m로 고정하여 수치모의를 수행하였다. 그리고 직선 수로와 만곡수로의 흐름 특성을 분석하기 위해 주수로 10 m를 제외한 만곡수로와 동일 조건의 직선수로를 설계하였다.
- 1 m3/sec로 적용하였으며 곡률만 변화시켰다. 그리고 직선수로에 대한 경우는 본류길이 10 m, 본류 폭 0.4 m, 위어 높이 0.12 m, 위어 폭 0.25 m로 곡률을 제외한 나머지 조건은 Case 1, 2, 3과 동일하게 설계하였다.
- 5 m 등이다. 기존의 연구 결과에 의하면 횡월류 계산에 있어 직접적인 영향을 미치는 유량계수는 본류의 Froude수, 만곡부의 곡률반경, 위어의 폭, 위어상류지점의 본류 수심 등에 영향을 받으므로, 위의 변수들을 무차원하여 기존의 실험 연구와 비교분석하여 모형의 적용성을 검토하였다. 그리고 곡률을 변화시키며 실험수로를 설계하였으며, Froude수 및 기하학적 인자들을 변화시켜가며 횡월류 위어의 상·하류에서의 수심과 월류량을 측정하고 유량계수를 산정하였다.
- 본 연구는 만곡부 횡월류 위어의 유량계수 산정의 중요 인자(b, L, w)를 고정시키고, 곡률반경의 영향에 따른 유량 계수의 변화와 중요 인자와의 관계를 분석하였다. 따라서 곡률반경을 변화시키며 중요인자를 무차원하여 횡월류 위어의 유량계수의 특성을 분석을 분석하였다.
- 본 연구는 Flow-3D를 이용하여 곡률반경의 변화에 따른 만곡부 외측에 설치된 횡월류 위어의 유량계수 특성을 분석하였다. 수치모형의 적용성을 검증하기 위해 기존의 만곡수로에 대해 연구된 실험자료를 바탕으로 수로를 설계하여 수치모의를 수행하였으며, 적용성 판단 후 곡률반경의 변화에 따른 유량계수의 특징을 직선수로와 비교분석하였다.
- 본 연구는 만곡부 횡월류 위어의 유량계수 산정의 중요 인자(b, L, w)를 고정시키고, 곡률반경의 영향에 따른 유량 계수의 변화와 중요 인자와의 관계를 분석하였다. 따라서 곡률반경을 변화시키며 중요인자를 무차원하여 횡월류 위어의 유량계수의 특성을 분석을 분석하였다.
- 본 연구에서는 Curve 1, 2에 대해 만곡부 90°위치에 횡월류를 설치하여 기존 연구와 경향성을 검토하여 FLOW-3D 의 적용성을 검증하였다.
- 본 연구에서는 기존 연구자에 의해 연구된 만곡수로에서에서 횡월류 위어의 유량계수와 주요 영향 변수와의 관계를 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 수행하였으며, 수리모형 실험으로 제시된 유량계수와 변수들과의 관계를 본 연구에서 제시된 유량계수와 변수들과의 관계를 비교 분석하고 그 적용성을 검토하여, 만곡부에 설치된 횡월류 위어의 유량계수를 산정하고 여러 변수와의 관계를 분석하였다.
- 본 연구에서는 실험수로의 제원을 동일축척, 동일형상으로 설계하였다. 직선수로의 mesh는 그림 4에 보이는바와 같이 수로 전체 흐름분석에 2 cm × 2 cm × 2 cm로 설계하였으며, 주요단면에 대해서는 0.
- 위어는 만곡수로의 중심각 이 90°인 위치에 고정시켰으며, b를 고정시키고 Rc를 10, 5, 2.95, 2.5, 2, 1.5, 1, 0.5, 0.2 m로 변화시키며 실험을 수행하였다.
- 직선수로의 mesh는 그림 4에 보이는바와 같이 수로 전체 흐름분석에 2 cm × 2 cm × 2 cm로 설계하였으며, 주요단면에 대해서는 0.5 cm로 격자를 조정하여 설계하였다.
대상 데이터
- ) 등이다. 검정에 이용된 실험자료는 Agaccioglu(1998)의 자료를 이용하였다. 수로의 제원은 180°로 만곡 되었으며, 수로 폭(b) = 0.
- 본 연구는 수치모형의 검증을 위해 Agaccioglu(1998)의 실험 결과를 이용하였으며, 수로의 제원은 주수로가 14 m이고 수로의 단면은 직사각형 단면으로 수로 폭은 0.4 m, 만곡수로는 180°의 만곡을 갖으며 두 직선 수로 사이에 설치되어있다.
- 위어의 위치를 30°, 60°, 90°, 120°, 150°로 변화시키며 곡률반경(Rc) = 2.95 m에 대하여 실험을 수행하였다.
- 횡월류 위어는 세 종류(0.25 m, 0.5 m, 0.75 m)의 길이로 변화시켰으며, 위어의 높이는 0.12 m, 0.16 m, 0.20 m로 변화시키며 실험을 수행하였으며, 실험수로는 그림 1과 같다. 수치모형의 주요 검증방법은 FLOW-3D를 이용하여 실험 결과를 토대로 월류량, 접근수위, 하류수위 등을 분석하여 무차원화 된 변수들과의 관계를 비교하였다.
데이터처리
- 모의 결과는 횡월류 위어의 유량계수 산정의 중요 인자인 Fr1 및 위어 폭과의 관계를 Agaccioglu(1998)의 연구와 비교 분석하였으며, 본 연구에서 수행한 수치모의 결과 기존의 연구와 유사한 경향을 나타내었다. 따라서 횡월류 위어에 대한 3차원 수치모의는 기존의 실험결과와 비교를 통해 신뢰성이 있는 것으로 판단된다.
- 본 연구는 Flow-3D를 이용하여 곡률반경의 변화에 따른 만곡부 외측에 설치된 횡월류 위어의 유량계수 특성을 분석하였다. 수치모형의 적용성을 검증하기 위해 기존의 만곡수로에 대해 연구된 실험자료를 바탕으로 수로를 설계하여 수치모의를 수행하였으며, 적용성 판단 후 곡률반경의 변화에 따른 유량계수의 특징을 직선수로와 비교분석하였다. 만곡수로에 설치된 횡월류 위어의 Rc /b는 무차원한 주요 영향 변수(Qwc/Qws, CMC/CMS)와 관련하여 변화하는 것을 확인하였으며 연구 결과는 다음과 같다.
- 수치모형의 주요 검정방법은 FLOW-3D를 이용하여 월류량, 횡월류 위어의 상류수위와 하류수위 등을 분석하여 무차원화 된 변수들과의 관계를 비교하였다. 설계수로의 제원은 표 2와 같다.
- 20 m로 변화시키며 실험을 수행하였으며, 실험수로는 그림 1과 같다. 수치모형의 주요 검증방법은 FLOW-3D를 이용하여 실험 결과를 토대로 월류량, 접근수위, 하류수위 등을 분석하여 무차원화 된 변수들과의 관계를 비교하였다. 검정에 이용된 실험수로의 제원은 Agaccioglu(1998)의 자료로 표 1과 같다.
이론/모형
- FLOW-3D 모형은 난류 완결문제를 해결하기 위하여 혼합거리 모형, 난류 에너지 모형, k-ε 모형, RNG k-ε 모형, LES의 5개의 모형을 사용한다.
- FLOW-3D 모형은 난류 완결문제를 해결하기 위하여 혼합거리 모형, 난류 에너지 모형, k-ε 모형, RNG k-ε 모형, LES의 5개의 모형을 사용한다. FLOW-3D에서는 모의 대 상 내에 존재하는 여러 구조물을 격자 내에서 표현하기 위해 FAVOR(Fractional Area/Volume Obstacle Representation)방법을 사용한다. FLOW-3D 모형은 FAVOR 방법을 사용함으로서 격자망과 구조물의 형태를 서로 분리하여 처리할 수 있으므로, 격자의 개수와 격자 구성 방법 등의 모든 면에서 비직교 격자구성법, 다중격자법, 다각형 격자구성법 등과 같은 격자구성법보다 편리하고 간단하면서도 충분히 정확한 수치모의를 수행할 수 있다.
- 본 연구에서는 미국의 Flow Science, Inc에서 개발한 범용 유체역학 코드인 Flow-3D를 사용하여 수치모의를 수행하였다. FLOW-3D 모형은 x, y, z 방향의 유속을 모두 고려하여 수치모의를 수행하는 완전한 3차원 난류 모형으로서 자유수면을 가지는 개수로 흐름, 정상·비정상 유동해석, 층류 및 난류 해석, 뉴톤 유체 및 비뉴톤 유체에서의 계산, 압축성 유체 및 비압축성 유체에서의 계산, 그리고 열전달 해석이 가능하다.
- 본 연구에서는 음해법(Implicit method)을 사용하였으며, 난류 모형은 계산시간이 비교적 오래 걸리지만 정확도가 높은 RNG k-ε 모형을 사용하였다.
- 또한 자유수면 및 밀도차가 큰 흐름을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid)방법을 사용하기 때문에 개수로 흐름에서의 자유수면과 같은 밀도차가 매우 큰 두 종류 이상의 유체가 동시에 존재하는 상태도 수치모의를 할 수 있다. 이러한 점을 고려하여, 본 연구에서는 자유수면을 갖는 횡월류 위어에서의 3차원 흐름을 수치모의하기위해 CFD 모형 중 FLOW-3D 모형을 적용하였다.
성능/효과
- (1) Rc/b가 작아짐에 따라 횡월류 위어의 월류량 또한 줄어드는 것으로 나타났다. 하지만 Rc /b가 1.
- (2) 횡월류 위어의 수면형은 유량의 증가와 곡률반경의 감소로 인하여 상류부 수심과 하류부 수심의 차이가 크게 나타나며, 최소 수심의 위치는 상류부에서 하류부 쪽으로 이동하는 것으로 나타났다. 횡월류 위어의 상류 수심의 크기가 클수록 월류량 또한 증가하는 것으로 나타났다.
- (3) 만곡 수로의 월류량과 수심이 Rc/b가 2.5에서 최소값으로 나타났지만 유량계수는 Rc/b가 7.38에서 최소값을 나타내었다. 따라서 만곡부 횡월류 위어의 유량계수 산정 시 횡월류 위어의 상류수심과 월류량이 유량계수 산정 시 관련성은 있지만 만곡수로의 원심력과 유속분포에 따라 일정수심에 해당되는 월류량의 차이가 발생하여 유량계수가 증가 도는 감소하는 것으로 판단된다.
- Case 1, 2, 3을 분석한 결과 유량이 증가할수록 초기 수심이 증가하였으며 직선 수로의 월류량 증가 보다 만곡수로의 월류량 증가가 더 크게 나타남을 확인하였다. 이는 곡률반경이 작아짐에 따라 최대 유속이 만곡부 입구부 내측에 위치하며 만곡수로에서 질량이동에 의한 2차 흐름이 만곡부 입구부에서 곡률반경이 급격히 변화되는 구간에 존재하다가 흐름이 하류로 진행되면서 그 크기는 급격히 감소하기 때문이라 사료된다.
- 04 m3/sec가 유입되는 경우, 횡월류 위어의 곡률반경의 변화에 대해 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 수행한 결과 곡률반경이 작아짐에 따라 횡월류 위어를 통해 월류되는 유량도 감소하는 것을 확인하였다. 곡률 반경이 작아짐에 따라 Qwc이 감소하며 유량계수 또한 작아짐을 확인하였다. 그러나 일정 수준에서 월류량과 유량계수가 증가함을 확인하였다.
- 곡률 반경이 작아짐에 따라 Qwc이 감소하며 유량계수 또한 작아짐을 확인하였다. 그러나 일정 수준에서 월류량과 유량계수가 증가함을 확인하였다.
- 38에서 최소값을 나타내었다. 따라서 만곡부 횡월류 위어의 유량계수 산정 시 횡월류 위어의 상류수심과 월류량이 유량계수 산정 시 관련성은 있지만 만곡수로의 원심력과 유속분포에 따라 일정수심에 해당되는 월류량의 차이가 발생하여 유량계수가 증가 도는 감소하는 것으로 판단된다.
- 이는 곡률반경이 작아짐에 따라 최대 유속이 만곡부 입구부 내측에 위치하며 만곡수로에서 질량이동에 의한 2차 흐름이 만곡부 입구부에서 곡률반경이 급격히 변화되는 구간에 존재하다가 흐름이 하류로 진행되면서 그 크기는 급격히 감소하기 때문이라 사료된다. 또한 수면형도 Case 1, 2보다 수면경사가 급하게 감소 또는 증가하는 것으로 나타났다.
- 본류 유량이 0.04 m3/sec가 유입되는 경우, 횡월류 위어의 곡률반경의 변화에 대해 FLOW-3D를 이용하여 수치모의를 수행한 결과 곡률반경이 작아짐에 따라 횡월류 위어를 통해 월류되는 유량도 감소하는 것을 확인하였다. 곡률 반경이 작아짐에 따라 Qwc이 감소하며 유량계수 또한 작아짐을 확인하였다.
- 본류 유량이 0.1 m3/sec가 유입되는 경우로 Case 1, 2의 경향성을 분석한 결과 최저 수심의 위치가 횡월류 위어의 상류인 0.05 m에서 하류 쪽으로 이동하는 것을 확인하였으며, 그림 8에서 보는 봐와 같이 Case 3에서는 최소수심이 0.17 m 부근에 위치하며, 직선수로 횡월류 위어의 상류 수심은 0.1956 m로 Rc/b의 모든 경우가 직선수로의 상류 수심보다 높게 나타났다. 최소 수심은 0.
- )의 변화를 나타내었다. 월류량, 횡월류 위어의 상류수심 그리고 평균수심과 Rc/b의 관계를 분석한 결과 Rc/b가 2.5일 경우를 기준으로 상반되게 증가하는 경향을 확인하였다. 그러나 CMC/CMS는 Rc/b가 7.
- 177137 m로 수심이 가장 높게 나타났다. 월류량은 직선 수로가 0.00321 m3 /sec로 계산되었으며 Rc/b가 25일 경우에 0.005018 m3 /sec를 나타내었고 Rc/b=0.5일 경우의 유량이 0.00868 m3 /sec로 월류량이 가장 많은 것으로 확인 되었다. Rc/b가 12.
- 1956 m로 Rc/b의 모든 경우가 직선수로의 상류 수심보다 높게 나타났다. 최소 수심은 0.17 m 부근에서 발생하며 Rc/b가 작아짐에 따라 초기 수심과 최소 수심이 작아지다가 Rc/b가 1.25부터 상류 수심과 최소 수심이 증가하여 Case 1, 2, 3 모두 Rc/b가 0.5인 경우의 상류 수심과 월류량이 최대가 됨을 확인하였다. 또한 직선수로의 월류량이 0.
- (2) 횡월류 위어의 수면형은 유량의 증가와 곡률반경의 감소로 인하여 상류부 수심과 하류부 수심의 차이가 크게 나타나며, 최소 수심의 위치는 상류부에서 하류부 쪽으로 이동하는 것으로 나타났다. 횡월류 위어의 상류 수심의 크기가 클수록 월류량 또한 증가하는 것으로 나타났다. 따라서 횡월류 위어의 월류량은 상류수심과 곡률반경의 크기와 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다.
후속연구
- Rc/b에 대하여 만곡수로에 대한 직선수로의 비로 횡월류 위어의 월류량, 상류수심, 평균수심, 유량계수에 대해 분석한 결과 직선 또는 만곡수로의 월류량 또는 수심에 관한 자 료를 구비할 경우 본 연구에서 분석한 자료를 바탕으로 원하는 자료를 정리할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 본 연구에서 수행한 영향인자들 외의 다른 영향인자와 만곡부 횡월류 위어의 위치 변화에 따른 유량계수의 변화에 대한 장기적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- /b에 대하여 만곡수로에 대한 직선수로의 비로 횡월류 위어의 월류량, 상류수심, 평균수심, 유량계수에 대해 분석한 결과 직선 또는 만곡수로의 월류량 또는 수심에 관한 자 료를 구비할 경우 본 연구에서 분석한 자료를 바탕으로 원하는 자료를 정리할 수 있을 것이라 판단된다. 또한 본 연구에서 수행한 영향인자들 외의 다른 영향인자와 만곡부 횡월류 위어의 위치 변화에 따른 유량계수의 변화에 대한 장기적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- 본 연구에서 만곡수로의 Rc/b의 변화에 따른 횡월류량, 상류수심, 평균수심, 유량계수의 특성을 직선수로와 비교하여 분석하였지만, 만곡부 횡월류 위어의 위치 변화에 따 른 주요영향 변수와의 관련성에 대한 연구가 필요하다고 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.