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제안 방법
- 현재까지 하천의 흐름특성 분석을 위한 3차원 수치모의의 적용 예는 드물며, 이길성 등(2003)은 FLOW-3DS 이용하여 안양천 고척교 지점 교각주위 국부세굴에 관한 연구를 한 바 있다. 본 연구에서는 서울시 관내 지방 2급 하천인 우이천 시험유역을 대상으로 하천의 물리적인 특성 변화에 따른 흐름해석을 수행하기 위하여 3차원 RANS를 지배방정식으로 하는 CFD모형인 FLOW-3D를 이용하였고, k-3, RNG kf LES 등의 난류모델을 적용하여 각각의 수치모의 결과를 비교 . 분석하였다.
- 또한, 수치 해석을 통한 하천 만곡부와 합류점에서의 난류영향 및 유속분포, 수위 . 압력분포, 와류특성 등을 분석하였다.
- 본 연구에서는 만곡부와 합류지점 의 경우 수치지도를 이용하여 5x5 m Grid Metrics를 구성하여 각 지 점별 X, y, z 자료를 추출한 후 FL0W-3D에서 불러들여 Topograph 3차원 형상을 구현하였으며, 격자망의 형태는 직사각형 모양의 직각격자(Cartesian coordinates: x, y, z)를 사용하였다. 상류단 경계조건으로 지점별 산정된 계획홍수량을 수위와 유속으로 환산한 값을 적용하였으며, 하류단 경계조건은 outflow로 주었다.
- 직사각형 모양의 직각격자(Cartesian coordinates: x, y, z)를 사용하였다. 상류단 경계조건으로 지점별 산정된 계획홍수량을 수위와 유속으로 환산한 값을 적용하였으며, 하류단 경계조건은 outflow로 주었다. 해석영역별 격자망의 구성과 X, y, z 방향의 격자수는 다음 그림 2, 표 1과 같다.
- LES 모델의 경우 유속의 변화가 다소 크게 수위는 작게 산정 되었다. 격자내부에서 계산된 평균 흐름의 전체 운동에너지 변화가 평형(Equilibrium) 상태를 나타내어 흐름장이 안정 상태를 이루는 20초 이후부터 120초까지의 수치모의를 이용 하였으며, 하천 만곡부에 대한 수치모의 결과는 다음 그림 3~그림 7과 같다.
- 중랑천 지류인 우이천과 묵동천이 함께 합류하는 지점의 홍수흐름특성을 잘 모의하였고 와류특성과 흐름의 정처], 가속구간을 3차원 형상으로 모의할 수 있었다. 격자내부에서 계산된 평균운동에너지의 변화가 평형 상태를 나타내어 흐름장이 안정 상태를 이루는 120초까지의 수치모의를 이용 하였으며, 하천 합류점에 대한 수치모의 결과는 다음 그림 8~12와 같다.
대상 데이터
- 본 연구의 적용 대상유역은 서울시 관내 지방 2급 하천인 우이천 유역으로 유역경계는 서쪽으로는 북한산, 북쪽으로 도봉산, 남쪽으로는 성북구와 경계를 이루고, 유역면적은 28.76 ktf, 유로연장은 11.75 km이다. 유역상류의 산지부나 하류부 구간 등에서 부분적으로 사행을 이루지만 전반적인 중 .
- 본 연구의 대상영역은 자연하천 수로 내로써 하천 만곡부와 합류 지점에서는 도수 및 와류, 난류가 발생할 수 있어 난류 모델을 적용 하였다. 비압축성 유체의.
이론/모형
- 사용한다. 또한 격자망의 구성은 FAVOR(Fractional Area Volume/Obstacle Representation Method) 기법을 도입한 유한체적법(FVM)을 사용하며, 비산 및 쇄파의 복잡한 자유표면 해석을 위하여 VOF(Volume of Fluid) 기법(Hirt and Nichols, 1981)을 이용한다. 대표적인 유체의 난류유동을 해석하는 Prandtl Mixing Length, Turbulent Energy, k-3, RNG k-3, LES 모델 등의 총 5가지 난류모델을 적용할 수 있다.
- 비압축성 유체의. 난류 적용에 있어 가장 중요한 특징인 도수, 흐름분리 형상 등이 발생하는 수로의 감세흐름 및 혼합흐름을 모의하기 위해 k-3, RNG k-3, LES 등 3가지 난류모델을 사용하였다. 또한 흐름해석에 사용된 유체의 기본적인 물리량은 다음 표 2와 같이 정의하였다.
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