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제안 방법
- 과부하 합류 맨홀에서의 손실계수를 계산하기 위하여 맨홀 및 접합 관거에서의 흐름 상태를 모의하였다. 3차원 모형을 적용하였고, 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다.
- 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다. 또한 동일한 수치모의 해석 조건을 실제 합류맨홀에 적용하여 실제 합류 맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였다.
- 5m, 유출관의 길이는 4m로 구성하여 실험결과와 비교하였다. 또한 실제 크기 합류맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수의 변화를 산정하기 위하여 연결관의 직경은 0.3m, 직선 유입관과 측면 유입관의 길이는 7.5m, 유출관의 길이는 20m로 구성하였으며, 연결관 직경(d)에 따른 맨홀의 폭(B)의 변화에 따라 합류맨홀의 크기를 표 1과 같이 구성하였다.
- 53m/sec로 수리 모형 실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 또한 실제 크기 합류맨홀의 손실계수를 산정하기 위하여 유입관거의 유속 조건은 하수도시설기준(2005)에 제시된 우수관거에서의 이상 유속(1.0m/sec)을 채택하여 수치모의를 수행하였다.
- Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지 k와 난류 에너지 소산율 ∊의 전달 방정식을 도입한 k-∊ 난류 모형을 채택하였다. 맨홀 및 접합 관거의 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 맨홀과 연결관의 합류부분에서는 사면체 격자로 구성하고 합류부분을 제외한 구간에서는 6면체 격자로 구성하였으며, 각 격자의 면은 가능한 사각형 또는 삼각형의 형태를 취하도록 하였다.
- 본 연구에서는 두 개의 유입관과 하나의 유출관으로 구성된 과부하 합류 맨홀에서의 손실계수를 계산하기 위하여 Fluent 6.3 모형을 적용하여 산정한 손실계수와 수리 모형 실험결과에 의해서 산정된 손실계수와 비교하였다. 또한 Fluent 6.
- 본 연구에서는 맨홀 모형의 벽면에는 Wall(No-Slip) 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 합류 맨홀의 손실계수 산정을 위한 수리모형 실험결과와 수치모의 결과를 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 주 유입관의 유속과 측면 유입관의 유속은 동일하게 0.
- 본 연구에서는 수리 모형 실험의 물질적, 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 과부하 합류 맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다.
- 실제 합류맨홀 규모 변화에 따른 손실계수 변화를 산정하기 위하여 유입관거의 유속 조건은 하수도시설기준(2005)에 제시된 우수관거에서의 이상 유속(1.0m/sec)을 채택하고, 전 절의 수치모의 조건과 동일한 조건으로 수치모의를 수행하였다. 맨홀 내에서의 수면 요동 현상과 직선 유입관과 측면 유입관으로부터 유입된 흐름이 맨홀의 중앙부에 합류하여 직선 흐름방향(X방향)의 오른쪽으로 편이되어 유출되며, 측면 유입부의 좌, 우부분과 직선 유입관과 유출관의 오른쪽 영역에서 흐름의 와 현상을 모의하여 전 절의 수치모의 결과와 거의 동일한 경향을 나타내고 있음을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 맨홀 모형의 벽면에는 Wall(No-Slip) 경계조건을 부여하였으며, 유입부에는 속도 조건, 유출부와 맨홀의 자유수면 부분의 경계에서는 대기압 조건을 부여하였다. 합류 맨홀의 손실계수 산정을 위한 수리모형 실험결과와 수치모의 결과를 비교하기 위하여 유입 관거의 유속 조건을 주 유입관의 유속과 측면 유입관의 유속은 동일하게 0.53m/sec로 수리 모형 실험의 조건과 동일하게 채택하여 수치모의를 수행하였다. 또한 실제 크기 합류맨홀의 손실계수를 산정하기 위하여 유입관거의 유속 조건은 하수도시설기준(2005)에 제시된 우수관거에서의 이상 유속(1.
- 합류맨홀에서의 손실계수 산정에 대한 Fluent 모형의 적용성을 분석하기 위하여 하수도시설기준(2005)상의 특 1호 맨홀(0.9m×0.9m)과 0.3m의 유, 출입관을 1/5로 축소 제작한 수리 실험 모형의 크기와 동일하게 폭 0.18m, 길이 0.18m로 구성하였고, 연결관의 직경은 0.06m, 직선 유입관과 측면 유입관의 길이는 1.5m, 유출관의 길이는 4m로 구성하여 실험결과와 비교하였다.
데이터처리
- 3 모형을 이용하여 과부하 합류 맨홀에서의 흐름특성을 수치모의 하였으며, 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 계산된 손실계수는 수리모형 실험을 통하여 산정된 손실계수와 비교하였다. 또한 동일한 수치모의 해석 조건을 실제 합류맨홀에 적용하여 실제 합류 맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였다.
이론/모형
- 과부하 합류 맨홀에서의 손실계수를 계산하기 위하여 맨홀 및 접합 관거에서의 흐름 상태를 모의하였다. 3차원 모형을 적용하였고, 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지 k와 난류 에너지 소산율 ∊의 전달 방정식을 도입한 k-∊ 난류 모형을 채택하였다.
- Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지 k와 난류 에너지 소산율 ∊의 전달 방정식을 도입한 k-∊ 난류 모형을 채택하였다.
- 과부하 원형 맨홀에서의 손실계수를 계산하기 위하여 범용 CFD 프로그램인 Fluent 6.3 모형을 선택하여 흐름을 모의하였다. Fluent 6.
- 3 모형을 적용하여 산정한 손실계수와 수리 모형 실험결과에 의해서 산정된 손실계수와 비교하였다. 또한 Fluent 6.3 모형을 이용하여 실제 합류맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) 기법을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다.
- 3 모형을 이용하여 실제 합류맨홀의 규모 변화에 따른 손실계수를 산정하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) 기법을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지 k와 난류 에너지 소산율 ∊의 전달 방정식을 도입한 k-∊ 난류 모형을 채택하였다.
- 는 각 방향으로의 거리 및 유속이며, t는 시간이다. 운동량 방정식은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 방정식으로 다음과 같다.
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