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문제 정의
- 따라서 수방재용 대심도터널의 적절한 설계, 시공 및 운영을 위해서는 대심도터널 내부에서 발생하는 물-공기 이상 흐름 거동에 대한 구명이 필요하다. 본 연구는 대심도 터널 내부에서의 이상류 거동의 일반적 특성을 구명하기 위한 기초연구로 공기유입량과 흐름조건에 따른 수평관 내 물-공기 이상류 거동특성을 실험적으로 구명 함으로써 대심도터널 내 이상류 거동 예측 및 제어를 위한 기초를 제공하고자 한다.
- 본 연구에서는 기포의 흐름방향 길이규모를 기준으로 관 내 공기-물 이상류 흐름의 양상을 구분할 수 있는 정량적 기준을 도입하였다. 관 직경(D)의 0.
- 본 연구에서는 전기전도계를 이용한 실험을 통해 수평관을 흐르는 물-공기 이상류의 거동 특성을 알아보고자 하였다. 물과 공기의 공급유량을 변화시키면서 각 흐름조건에서의 관 내 위치별 전기전도도를 30초간 1,000 Hz로 측정하고 그 결과를 통해 흐름특성을 구명 하고자 하였다.
가설 설정
- 여기서 통과길이는 흐름 내 기포가 탐침을 통과하는데 소요되는 통과시간(passing time)과 유량을 통해 산정한 단면평균유속을 이용해 구했으며, 통과시간은 1/1,000초 마다 측정된 전기전도도 측정값에서 공기감지를 지시하는 값이 연속적으로 나타나는 개수를 통해 산정하였다. 관 내 기포 이동속도가 단면평 균유속과 동일하다고 가정한다면, 통과길이는 기포의 흐름방향 크기(길이)에 상응한다고 생각할 수 있다. 따라서 Fig.
- 본 연구에서는 기포의 흐름방향 길이규모를 기준으로 관 내 공기-물 이상류 흐름의 양상을 구분할 수 있는 정량적 기준을 도입하였다. 관 직경(D)의 0.5~2배에 해당하는 통과길이 영역을 플러그 영역(plug region), 관 직경의 2배를 초과하는 통과길이 영역은 관 상부에서 가늘고 길게 이어진 액체와 분명하게 구분되는 경계을 가지고 흐르는 공기층을 의미하는 이층류 또는 확장기포영역(elongated bubble region)으로 구분하였으며, 측정장치의 한계로 인한 최소통과길이 이하의 측정불가영역 규모의 작은 기포들은 수체 내에 존재하는 일반적인 미립부유물과 같이 흐름과 동일한 거동을 하는 자체 부력을 무시할 수 있을 정도의 작은 규모를 가지는 기포로 가정하였다. 일반적으로 관수로 난류흐름 특성을 대표하는 길이규모는 관 직경에 상응하는 것으로 알려져 있으므로, 기포규모를 구분하는 기준으로관 직경의 배수를 채택하였다.
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