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엔트로피 개념을 이용한 개수로에서 등류 및 부등류 흐름의 전단응력 산정
The Estimation of Shear Stress in Uniform and Nonuniform Flow by the Entropy Concept 원문보기

한국습지학회지 = Journal of wetlands research, v.19 no.2, 2017년, pp.202 - 210  

추연문 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  추태호 (부산대학교 사회환경시스템공학과) ,  양다운 (부산대학교 사회환경시스템공학과) ,  김중훈 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
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전단응력은 여러 분야에서 사용하는 매우 중요한 역학 인자 중 하나이며, 인공수로의 설계를 위해서 중요하다. 현재 전단응력은 과거에 정해진 계산법을 사용하고 있지만, 사용되는 식에서 바닥전단응력과 에너지경사와 같이 실제로 측정하거나 계산하기 어려운 요소들이 존재한다. 특히, 에너지경사는 산정하기 매우 어려운 인자이며, 전단응력분포를 구하기위해서는 에너지경사가 있어야만 산정할 수 있지만, 경계층의 유속기울기와 유속을 측정하는 것은 현실적으로 어려운 부분이다. 또한 전단응력분포 중 바닥전단응력은 직접 측정하기 매우 어렵고, 유속에 비해 연구가 다소 더딘 실정이다. 전단응력분포를 정확하게 산정할 수 있다면, 바닥전단응력과 에너지경사를 손쉽게 산정할 수 있다. 본 연구에서는 에너지경사를 반영하지 않고 엔트로피 M을 이용하여 평균유속과 전단응력분포를 간단히 산정하는 연구를 진행하였고, 적용한 식의 효용성을 증명하기 위해 기존의 실험실 실측 자료를 사용하였다. 이는 그래프를 통해 응력분포를 나타내어 비교분석을 하였으며, 등류와 부등류에서 각각 결정계수는 0.930-0.998까지로 거의 일치하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Shear stress is one of the most important mechanical factors used in various fields and is important for the design of artificial channels. Current shear stresses have been used in the past, but there are factors that are difficult to actually measure or calculate, such as bed shear stress and energ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이러한 전단응력은 그 정의와 역학적인 의미 및 계산 등이 수학적 접근방법에서 크게 벗어나지 않고 현재까지 사용하고 있는 실정이며, 각각의 요소를 살펴보면 바닥전단응력이나 에너지경사와 같이 실제로 측정하거나 정확한 값을 산정하기 어려운 요소들이 많이 존재한다. 결과적으로 유체역학, 수리학 및 수문학 등에서 매우 중요한 인자인 평균유속과 바닥전단응력을 산정하기 위하여 수학적 접근의 한계성을 극복하는 수단으로 확률통계 기반을 수리학개념에 적용하고자 한다. 본 연구에서는 엔트로피의 확률 개념을 도입하여 개수로 흐름에서의 전단응력분포 모델을 설정하고 이를 다양한 등류 및 부등류 실측 자료와 비교하여 수학적 접근의 한계성을 극복하는데 그 목적이 있다.
  • 전단응력과 관련된 연구는 대부분 경험적 결과에 근거하기 때문에 일반적으로 식을 적용하기 어렵다. 따라서, 본 연구의 목적은 엔트로피 이론을 활용하여 전단응력분포를 모델링하고 Song(1995)의 실험 데이터 세트를 사용하여 모델을 검증하고 제안된 식의 유용성을 증명하는 것이다.
  • 결과적으로 유체역학, 수리학 및 수문학 등에서 매우 중요한 인자인 평균유속과 바닥전단응력을 산정하기 위하여 수학적 접근의 한계성을 극복하는 수단으로 확률통계 기반을 수리학개념에 적용하고자 한다. 본 연구에서는 엔트로피의 확률 개념을 도입하여 개수로 흐름에서의 전단응력분포 모델을 설정하고 이를 다양한 등류 및 부등류 실측 자료와 비교하여 수학적 접근의 한계성을 극복하는데 그 목적이 있다.
  • 하지만 바닥전단응력, 속도 구배, 에너지 경사 등과 같이 정확히 측정하거나 계산하기가 어려운 요소가 있다. 이에 본 연구에서는 엔트로피 개념을 사용하여 개수로 흐름에서 적용할 수 있는 전단응력분포 및 경계층 전단응력분포를 제안하였다. 엔트로피를 기반으로 한 전단응력분포 모델이 실제 전단응력분포를 잘 나타내는지 확인하기 위해 등류 및 부등류 흐름에서의 실험 데이터를 통해 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전단응력의 단점은? 이러한 전단응력은 그 정의와 역학적인 의미 및 계산 등이 수학적 접근방법에서 크게 벗어나지 않고 현재까지 사용하고 있는 실정이며, 각각의 요소를 살펴보면 바닥전단응력이나 에너지경사와 같이 실제로 측정하거나 정확한 값을 산정하기 어려운 요소들이 많이 존재한다. 결과적으로 유체역학, 수리학 및 수문학 등에서 매우 중요한 인자인 평균유속과 바닥전단응력을 산정하기 위하여 수학적 접근의 한계성을 극복하는 수단으로 확률통계 기반을 수리학개념에 적용하고자 한다.
엔트로피 이론을 활용한 전단응력분포 모델링을 진행하는 이유는? 개수로 흐름에서의 중요성을 고려할 때, 단면의 복잡성 및 다양한 수리학적 매개변수들로 인해 전단응력의 완벽한 분석은 매우 어렵다. 전단응력과 관련된 연구는 대부분 경험적 결과에 근거하기 때문에 일반적으로 식을 적용하기 어렵다. 따라서, 본 연구의 목적은 엔트로피 이론을 활용하여 전단응력분포를 모델링하고 Song(1995)의 실험 데이터 세트를 사용하여 모델을 검증하고 제안된 식의 유용성을 증명하는 것이다.
인공수로의 설계를 위해 중요한 인자는? 전단응력은 여러 분야에서 사용하는 매우 중요한 역학 인자 중 하나이며, 인공수로의 설계를 위해서 중요하다. 현재 전단응력은 과거에 정해진 계산법을 사용하고 있지만, 사용되는 식에서 바닥전단응력과 에너지경사와 같이 실제로 측정하거나 계산하기 어려운 요소들이 존재한다.
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