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수치모의를 이용한 경사형보 설치각도 변화에 따른 흐름특성 및 하도변화 분석
Analysis of Flow Characteristics and Bed changes with Oblique Weir Installation Angle Using Numerical Simulation 원문보기

한국수자원학회 2018년도 학술발표회, 2018 May 24, 2018년, pp.65 - 70  

김기정 (한국교통대학교 토목공학전공) ,  장창래 (한국교통대학교 토목공학전공) ,  이원호 (한국교통대학교 토목공학전공)

초록
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본 연구에서는 2차원 수치모형을 통해 보의 설치 각도 변화에 대한 보 상하류에서 흐름특성 변화와 하도 변화를 정량적으로 분석하였다. 수치모의 결과, 흐름은 경사형보를 월류하면서 경사진 방향으로 굴절되었으며, 보의 설치 각도가 증가할수록 흐름의 굴절 각도가 증가하는 경향을 보였다. 또한 보의 설치 각도가 증가할수록 무차원유속은 감소하였다. 보의 보 상류에서는 보의 의해 형성된 배수의 영향이 끝나는 지점에서 유사가 퇴적되어 델타가 발달하였다. 델타는 흐름방향을 따라 하류로 이동하였다. 이동속도는 보에 가까워질수록 감소하며, 크기는 증가하였다. 보 하류에서는 무차원 보의 길이가 증가함에 따라, 무차원 사주의 파장이 감소하고, 무차원 사주의 파고는 증가하였다.

AI 본문요약
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제안 방법

  • 그러나 이러한 연구들은 보의 설치각도 변화에 대한 흐름의 변화와 보 하류에 미치는 영향을 연구하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 실내실험 결과와 비교를 통해 2차원 수치모형의 적용성을 검토하였으며, 보의 설치각도 변화에 따른 보 상하류에서 흐름특성 변화와 사주의 거동을 정량적으로 분석하였다.
  • 본 연구에서 사용한 2차원 수치모형인 Nays2DH는 2차원 부정류의 흐름과 하상변동을 예측하기 위한 해석프로그램이다. 복잡한 형상의 하천을 해석하기 위하여 직교좌표계를 변환한 경계적합좌표계를 사용하였다. 층류와 난류를 포함한 부정류 계산을 모의 할 수 있으며, 유사이동으로 인한 하천의 하상변화를 재현할 수 있다.
  • 본 수치모의를 수행하기 위해 계산 격자는 흐름방향으로 103개를 설정하고 흐름의 횡방향으로 11개를 설정하였으며, 계산격자의 세장비(종방향 : 횡방향 비)는 1:2로 설정하였다. 계산간격은 0.
  • 본 연구에서는 수치모형을 보의 설치각도 변화에 대한 보 상하류의 흐름특성과 하도변화를 정량적으로 분석하였다. 무차원 보의 길이가 증가할수록 흐름의 굴절각도가 증가하며, 무차원유속이 감소하였다.
  • 수치모형의 적용성을 검증하기 위하여 실내실험을 수행하였으며, 그 결과와 수치모의 결과를 비교하였다. 길이가 10 m이고, 폭이 0.

이론/모형

  • 01초로 설정하였으며, 총 모의시간은 480분으로 설정하였다 (그림 1). 하상에서 소류사량은 Ashida and Michiue (1972)의 공식으로 계산하였다.
  • 일반적으로 흐름에 대한 계산은 이류항을 포함한 운동방정식이 적용된 유한차분법이 사용되며, 풍상차분법(Upwind difference method)나 CIP(Cubic Interpolated Pseudoparticle)을 선택하여 사용할 수 있다. 하상에서의 소류사 이송공식은 M.P.M.(Meyer-Peter and Muller, 1948)공식과 Ashida and Michiue(1972)공식을 선택하여 사용할 수 있다.
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