$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

고진폭 만곡수로에서 난류흐름의 비정상 RANS 수치모의
Unsteady RANS computations of turbulent flow in a high-amplitude meandering channel 원문보기

Journal of Korea Water Resources Association = 한국수자원학회논문집, v.50 no.2, 2017년, pp.89 - 97  

이승규 (강릉원주대학교 토목공학과) ,  백중철 (강릉원주대학교 토목공학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

만곡수로에서의 흐름 구조는 나선형 운동을 갖는 이차 재순환 흐름 그리고 만곡부 측벽으로부터 발생하는 흐름분리로 인한 전단층 등으로 복잡하다. 이 연구에서는 3개의 통계학적 난류모형($k-{\varepsilon}$, RNG $k-{\varepsilon}$, $k-{\omega}$ SST) 그리고 자유수면 변동 해석을 위한 VOF 기법을 적용한 비정상 Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 계산을 수행하여 고진폭 만곡수로인 키노시타(Kinoshita) 수로에서의 이차류와 편수위를 해석하였다. 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 구한 해석결과를 기존 수리실험 자료와 비교하여 각 난류모형의 적용성을 평가하였다. 비정상 RANS 계산에서 적용한 3개의 통계학적 난류모형의 해석 결과를 분석해 보면 키노시타 수로에서 발생하는 만곡부 편수위는 3개 모형 모두 유사하게 모의하는 한편, 전반적인 이차류 분포는 $k-{\omega}$ SST상대적으로 잘 모의하는 것으로 나타났다. 하류에 위치한 만곡부 흐름에 영향을 미쳐 국부적으로 발생한 이차류와 이전의 만곡부 중앙 수면 부근에서 발생하는 한 쌍의 이차 와류가 존재하는 현상을 관측하였으며, $k-{\omega}$ SST 난류모형은 이러한 복잡한 와류 변화를 양호하게 모의했다. $k-{\varepsilon}$ 모형을 기반으로 개발된 두 모형으로 모의한 결과에서는 실험에서 관측된 중앙 만곡부에 존재하는 두 개의 이차류 중, 시계방향 와류가 재현되지 않는다. VOF기법을 이용해서 계산한 만곡부에서의 편수위 해석결과는 적용한 모든 난류모형에 대해서 전반적으로 실험값을 양호하게 재현하는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Turbulent flow structure in the high amplitude meandering channel is complex due to secondary recirculation with helicoidal motions and shear layers formed by flow separation from the curved sidewall. In this work, the secondary flow and the superelevation of the water surface produced in the high-a...

주제어

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

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

문제 정의

  • 이 연구에서는 유한체적법에 근거한 3 차원 흐름해석 모형을 이용하여 Kinoshita 사행수로에서의 난류 흐름을 모의하고자 한다. 난류 해석을 위해서 공학적으로 널리 이용되고 있 는 난류모형 중 모형과 함께 보다 개선된 RNG 모형과 SST 모형을 적용한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CS 15과 CS10의 흐름방향 유속 크기와 이차류의 형태가 유사하지만 방향만 다른 이유는? CS15 단면의 흐름방향 유속 크기와 이차류의 형태는 CS10에서 관측된 것과 방향만 다르지 유사하다. 이것은 CS10과 CS15 단면은 둘 다 만곡부 정점에 위치한 단면이지만, 만곡형태가 서로 대칭이 아니기 때문이다. CS10 단면 부근의 만곡부는 CS20 단면 부근의 만곡부와 정확하게 대칭이다.
이차류를 발생시키는 주 원인은? 일반적으로 만곡부에서 발생하는 원심력으로 인해 유체입자는 외측벽면을 향해 이동함으로써, 횡단면의 내외측간의 수면경사가 생겨 외측벽면의 수위가 높아지는 편수위가 발생한다. 이 편수위로 인해 전체적으로 원심력을 상쇄시키는 만곡 내측을 향하는 압력경사(inward directed pressure gradient)가 발생하며, 이 두 요소의 국부적인 불균형은 이차류(secondary flow)를 발생시키는 주 원인이다(Ippen et al., 1962; Blanckaert and Graf, 2004).
주기성을 가진 사행 만곡부에서 수로의 사행도가 증가하면 어떤 현상이 나타나는가? 주기성을 가진 사행 만곡부에서 수로의 사행도가 증가하면, 국부 대류 가속도, 비정수압분포, 하상 형태 발달에 의한 연직방향 흐름성분의 증가, 제방과 바닥 경계층에 의해 생성된 전단층, 외측제방 부근에서 재순한(recirculation) 영역을 생성하는 만곡외측 와류, 큰 만곡도로 인한 흐름분리(flow separation), 편수위의 증가 등과 같은 수리특성이 나타난다. 사행도가 심한 사행수로에서의 흐름은 일반적으로 난류이고 매우 3 차원적이며, 후르드수(Froude number)가 큰 경우 자유 수면과의 상호작용이 중요한 역할을 한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (20)

  1. Abad, J. D., and Garcia, M. H. (2009). "Experiments in a highamplitude Kinoshita meandering channel: 1. Implications of bend orientation on mean and turbulent flow structure." Water Resources Research, Vol. 45, W02401, doi:10.1029/2008WR007016 

  2. Blanckaert, K., and Graf, W. H. (2004). "Momentum transport in sharp open channel bends." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 130, No. 3, pp. 186-198. 

  3. Blanckaert, K., and Vriend, H. J. (2004). "Secondary flow in sharp open-channel bends." Journal of Fluid Mechanics, Vol. 498, pp. 353-380. 

  4. Chang, H. H. (1988). "Cause of river meandering." International Conference River Regime. Hydraulic Research Limited, Wallingford, Oxon UK. pp. 83-93. 

  5. da Silva, A. M. F. (1999). "Friction factor of meandering flows." Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 125, No. 7, pp. 779-783. 

  6. Hickin, E. J. (1974). "The development of meanders in natural riverchannels." American Journal of Science, Vol. 274, No. 4, pp. 414-442. 

  7. Hooke, J. M. (1995). "River channel adjustment to meander cutoffs on the River Bollin and River Dane, northwest England." Geomorphology, Vol. 14, No. 3, pp. 235-253. 

  8. Ippen, A. T., Drinker, P. A., Jobin, W. R., and Shemdin O. H. (1962). "Stream dynamics and boundary shear distributions for curved trapezoidal channels." MIP Hydrodyn. Lab. Rep. 47, pp. 263-342, MIT Press, Cambridge, Mass. 

  9. Jasak, H. (2009). "OpenFOAM: Open source CFD in research and industry." International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol. 1, No. 2, pp. 89-94. 

  10. Julien, P. Y. (2002). River Mechanics. Cambridge University Press, Cambridge. 

  11. Kinoshita, R. (1961). Investigation of channel deformation in Ishikari River, Rep. Bureau of Resources, Dept. of Science and Technology, Japan. 

  12. Langbein, W. B., and Leopold, L. B. (1996). River meanders-theory of minimum variance. USGS Professional Paper 422-H, U.S. Geological Survey, Washington, D.C. 

  13. Lee, D. H., Son, M., Kim, Y. D., and Kim, J. M. (2012), "Experimental study of secondary flow using real-scale experiment channel." Journal of the Korean Geomorphological Association, Vol. 19, No. 4, pp. 13-25. 

  14. Menter, F., Kuntz, M., and Langtry, R. (2003). "Ten years of industrial experience with the SST turbulence model." Turbulence, Heat and Mass Transfer, Vol. 4, No. 1, pp. 625-632. 

  15. Seo, I. W., Sung, K. H., Baek, K. O., and Jeong, S. J. (2004). "Experimental study on flow characteristics in meandering channel." Journal of Korea Water Resources Association, Vol. 37, No. 7. pp. 527-540. 

  16. Seo, I. W., Lee, K. W., and Baek, K. O. (2006). "Flow structure and turbulence characteristics in meandering channel." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 26, No. 5B, pp. 469-479. 

  17. Son, G., You, H., and Kim, D. (2014). "Feasibility calculation of FaSTMECH for 2D velocity distribution simulation in meandering channel." Journal of the Korean Society of Civil Engineers, Vol. 34, No. 6, pp. 1753-1754. 

  18. Son, A. L., Ryu, J. H., and Han, K. Y. (2011). "A study of flow characteristics in meandering River." Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 11, No. 3, pp. 191-200. 

  19. Whiting, P. J., and Dietrich, W. E. (1993). "Experimental studies of bed topography and flow patterns in large-amplitude meanders: 2. Mechanisms." Water Resources Research, Vol. 29, No. 11, pp. 3615-3622. 

  20. Yakhot, V., Orszag, S. A., Thangam, S., Gatski, T. B., and Speziale, C. G. (1992). "Development of turbulence models for shear flows by a double expansion technique." Physics of Fluids A, Vol. 4, No. 7, pp. 1510-1520. 

저자의 다른 논문 :

LOADING...

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

저작권 관리 안내
섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로