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제안 방법
- 그 결과 사석은 Maynord의 직경공식과 미 California주 정부 중량공식이 적합하게 나왔고, 모형사석의 규칙배열에서는 Pilarczk의 직경공식과 Netherlands 간이 무게공식이 적합하였다, 모형사석의 랜덤배열시에는 Isbash 공식이 적합하였다. Isbash 공식과 직경산정에 형상계수를 대입하여 새로운 식을 개발 하였다. 이는 기존공식의 적용성을 더 개선할 수 있으리라고 기대된다.
- 또한 Pilarczk(1990)은 Shields 공식과 Isbash 공식을 혼용하여 공식을 산정하였으며 난류계수 및 안정계수를 사용하여 안정성을 평가하였다. 기존의 공식들이 일반적인 평탄한 하상보호공부터 구조물 하류의 바닥보호공까지 그 적용이 확장되었던 반면에, Maynord(1989)는 연구의 대상을 수리구조물 하류의 강한 난류 흐름이 발생하는 구간으로 범위를 한정하여 연구를 진행하였다. 나아가 Isbash 형태의 식을 기초로 하여, 난류 강도가 주요 변수가 되는 입경 결정 공식을 제안하였다.
- 기존의 공식들이 일반적인 평탄한 하상보호공부터 구조물 하류의 바닥보호공까지 그 적용이 확장되었던 반면에, Maynord(1989)는 연구의 대상을 수리구조물 하류의 강한 난류 흐름이 발생하는 구간으로 범위를 한정하여 연구를 진행하였다. 나아가 Isbash 형태의 식을 기초로 하여, 난류 강도가 주요 변수가 되는 입경 결정 공식을 제안하였다. 이번 실험에서는 이러한 사석의 안정성 이론들이 얼마나 적용성이 있는지의 검토와 더불어 사석의 형상계수를 달리하여 실험하였으며, 사석의 이동이 시작되는 조건을 한계유속이라 설정하고 이때 각 지점에서의 유속분포 및 수위를 측정하여 마찰속도 및 마찰응력의 분석을 통하여 사석의 안정성 분석을 하였다.
- 또한 경사개수로 실험장치의 7~8m 구간에 한계유속을 측정하여 각 실험에 관한 프루드수 및 전단속도, 바닥 전단응력을 구했다.
- 모형사석 실험에서는 사석의 거치상태를 랜덤배열과 규칙배열의 2가지로 분류하였으며, 형상계수의 변화를 주어 실험을 실시하였다. 그림 3.
- 정상류 상태를 유지하기 위하여 수로바닥을 사석의 높이와 일치 시켰다. 모형사석과 일반사석의 상관관계를 알아볼 수 있도록 2가지 실험을 실시하였다. 첫 번째 실험으로 일반사석은 체분석 실험을 통하여 평균입경이 9mm, 13mm, 15mm인 사석으로 실험하였다.
- 바닥사석공은 일반적으로 유속에 따라 재료의 입경이나 중량 등을 고려하였다. 본 실험에서는 사석과 형상계수가 다른 모형사석을 경사개수로 실험장치에 0.018 m3/s의 유량으로 고정을 시키고 하류 수위게이트를 조절하여 점차 실험구간의 수심을 조절하여 유속의 변화를 주어 한계유속을 측정하였다. 그 실험결과를 토대로 프루드수, 레이놀즈수를 계산하였으며, 마찰속도 및 마찰응력을 산출하여, 기존 사석의 공칭직경산정공식과 중량산정식에 적용하였다.
- 본 실험에서는 유량을 0.018 m3/s로 고정시켜 놓고 통과직경이 9, 13, 15mm인 사석과 모형사석의 규칙 배열, 랜덤배열 한경우의 실험을 통하여 수심에 따른 유속분포를 측정하였다. 또한 경사개수로 실험장치의 7~8m 구간에 한계유속을 측정하여 각 실험에 관한 프루드수 및 전단속도, 바닥 전단응력을 구했다.
- 실험결과를 토대로 통과직경 9, 13, 15mm의 사석의 한계유속을 측정하고 그에 관한 직경환산식과 중량에 관하여 알아보았다. 그림 3.
- 이번 실험에서는 이러한 사석의 안정성 이론들이 얼마나 적용성이 있는지의 검토와 더불어 사석의 형상계수를 달리하여 실험하였으며, 사석의 이동이 시작되는 조건을 한계유속이라 설정하고 이때 각 지점에서의 유속분포 및 수위를 측정하여 마찰속도 및 마찰응력의 분석을 통하여 사석의 안정성 분석을 하였다.
대상 데이터
- 0.4m X 0.4m X 12m의 가변 경사형 직선수로에 수로 7~8m지점에 길이 1m구간의 사석을 설치하였다. 정상류 상태를 유지하기 위하여 수로바닥을 사석의 높이와 일치 시켰다.
- 첫 번째 실험으로 일반사석은 체분석 실험을 통하여 평균입경이 9mm, 13mm, 15mm인 사석으로 실험하였다. 두 번째 실험은 모형사석으로 실제 하천주변에서 사용되는 재료를 이용시 모형에서 가지는 상사성의 만족이 다소 어렵다고 판단하여 실제 사용재료보다 가벼운 석고를 사용하였다. 그림 2.
- 본 실험에 사용된 수로는 가변 경사식으로 저수용량 2m3이고 저수조는 저수용량 6.75m3이다. 수로의 길이는 12m 폭 및 높이는 0.
- 75m3이다. 수로의 길이는 12m 폭 및 높이는 0.4m의 직사각형 수로로 10mm의 투명유리로 되어 실험양상을 관찰할 수 있다. 유량의 정확한 값을 알기 위하여 경사 가변형 개수로 실험장치의 유량을 Francis 유속공식(구형웨어) 및 평균유속공식으로 측정하고 비교하였다.
- 모형사석과 일반사석의 상관관계를 알아볼 수 있도록 2가지 실험을 실시하였다. 첫 번째 실험으로 일반사석은 체분석 실험을 통하여 평균입경이 9mm, 13mm, 15mm인 사석으로 실험하였다. 두 번째 실험은 모형사석으로 실제 하천주변에서 사용되는 재료를 이용시 모형에서 가지는 상사성의 만족이 다소 어렵다고 판단하여 실제 사용재료보다 가벼운 석고를 사용하였다.
데이터처리
- 유량의 정확한 값을 알기 위하여 경사 가변형 개수로 실험장치의 유량을 Francis 유속공식(구형웨어) 및 평균유속공식으로 측정하고 비교하였다.
이론/모형
- 018 m3/s의 유량으로 고정을 시키고 하류 수위게이트를 조절하여 점차 실험구간의 수심을 조절하여 유속의 변화를 주어 한계유속을 측정하였다. 그 실험결과를 토대로 프루드수, 레이놀즈수를 계산하였으며, 마찰속도 및 마찰응력을 산출하여, 기존 사석의 공칭직경산정공식과 중량산정식에 적용하였다. 그 결과 사석은 Maynord의 직경공식과 미 California주 정부 중량공식이 적합하게 나왔고, 모형사석의 규칙배열에서는 Pilarczk의 직경공식과 Netherlands 간이 무게공식이 적합하였다, 모형사석의 랜덤배열시에는 Isbash 공식이 적합하였다.
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