대형수리모형실험시설 소개

윤재선 ( Jae-seon Yoon ),김옥임 ( Okim Kim ),오수훈 ( Soo Hun Oh ),장정렬 ( Jeong Ryeol Jang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

본 대형수리모형실험시설은 한국농어촌공사(경기도 안산시)에 위치하고 있는 기존 시설(100m×102m)에 신규시설의 증축을 통해 세계 최대 규모인 250m×102m(연면적15,325㎡) 실내 실험시설을 구축하는 국토교통부의 12개 분산 공유형 건설연구인프라 구축사업의 일환이다. 본 사업은 총 사업비 약 165억원의 예산을 토대로 ‘18년 10월에 건축공사가 준공될 예정에 있으며, 건축공사 준공 시 동년 12월까지 7종의 대형실험수로 구축공사가 완료되어질 전망이다. 현재, 실험장 구간의 지하저수조 및 철골 공사를 완료하고 펌프실 및 고수조 공사를 진행 중에 있으며 동시에 대형 7종 실험수로 구축을 위한 기본설계도서를 작성 진행 중에 있다. 향후, 대형수리모형실험시설의 건축공사 및 실험수로 구축이 완료되면 관련 공과대학, 타 연구기관, 민간기업 등에 시설을 개방함은 물론 국제공동연구 등을 통한 수리모형실험의 국제적 위상확립에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 전망되어진다.

수리실험을 이용한 강변저류지의 홍수조절효과 분석

김덕길,이임열,이창원,강나래,이종소,김형수 한국습지학회 2011 한국습지학회지 Vol.13 No.2

최근에 홍수조절 기능으로써 강변저류지 조성에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 수리실험을 이용한 강변저류지의 홍수조절효과를 분석하였다. 강변저류지의 홍수조절효과를 분석하기 위해 개수로 실험장치를 이용하였으며, 측방구조물로는 횡월류 위어를 이용하였다. 수리실험 결과 횡월류 위어 설치 지점을 기준으로 평균유속과 유량이 감소하는 것으로 나타났다. 또한 수리실험 결과의 검토를 위해 HEC-RAS 모형을 이용하여 실험결과와 모형의 모의 결과를 비교하였다. 그 결과 수리실험 결과와 모형의 모의 결과가 유사한 것으로 분석되었다.

수리실험을 통한 수평 2열 쉬라우드 조류에너지 변환장치 성능평가

이욱재(Uk-Jae Lee),최혁진(Hyuk-Jin Choi),고동휘(Dong-Hui Ko) 한국해안해양공학회 2022 한국해안해양공학회 논문집 Vol.34 No.1

본 연구에서는 저유속 조건에서도 발전이 가능한 수평 2열 쉬라우드 조류에너지 변환장치를 개발하였다. 쉬라우드 시스템의 형상을 결정하기 위해 3차원 수치모의 실험을 수행하였으며, 1/6 축소모형을 제작하여 수리모형 실험을 수행하였다. 수리모형 실험은 4가지 유속 조건하에서 수행하였으며, 각각의 실험 케이스별로 유속, 토크 및 RPM을 계측하였다. 수치모의 실험 결과, 노즐을 통과한 유속은 실린더에서 약 2~3배 유속이 증폭되는 것을 확인하였으며, 연장비가 2:1일 때, 가장 높은 유속 증폭율을 보였다. 또한 노즐과 실린더의 직경비는 1.5:1일 때 유속이 2.8배 증가하는 것으로 나타났다. 한편 수리모형 실험 결과, TSR이 1.75~2 일 때, 0.32~0.34의 출력 성능을 보이는 것으로 나타났다. In this study, the two horizontal shroud tidal current energy converter, which can generate power even under low flow speed conditions, was developed. In order to determine the shape of the shroud system, a three-dimensional numerical simulation test was conducted, and a 1/6 scale down model was made to perform a hydraulic model experiment. The hydraulic model experiment was performed under four flow conditions, and the flow speed, torque, and RPM were measured for each experimental case. As a result of the numerical simulation test, it was found that the flow speeds passing through the nozzle were increased by about 2~3 times in the cylinder, and when the extension ratio was 2:1, the highest flow speed was shown. In addition, it was found that the flow speeds increased 2.8 times when the diameter ratio between the nozzle and the cylinder was 1.5:1. Meanwhile, as a result of the hydraulic model experiment, it was found that when the tip speed ratio was between 1.75 and 2, the power coefficient was 0.32 to 0.34.

해안항만 수리모형실험의 설계적용 및 활용도 제고를 위한 개선방향

김영택,이종인 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

해안항만 분야 문제해결을 위하여 여러 가지 방법이 적용되어 왔다. 특히 전통적으로 수행되어온 방법으로는 수리모형실험과 수치해석을 들 수 있다. 특히 수치해석의 경우 컴퓨터의 발전과 더불어 수치기법의 다양화, 3차원 해석, 계산영역의 확대, 다양한 변수의 적용 등 많은 발전이 이루어져 왔다. 수리모형실험에 있어서도 전자장비의 발전과 더불어 조파장치의 발달, 첨단계측장비의 개발 등 많은 개선이 이루어져 왔다. 그렇지만 여전히 수리실험은 원형의 성능을 사전에 파악하고, 또한 지배적인 외력을 대상으로 실험을 실시하여 원형에서의 현상을 미리 예측하고 분석하여 대응방법을 세우는 것이 목적이다. 이러한 수리실험을 수행하기 위해서는 실험목적을 달성하기 위하여 실험장비 적용 및 한계, 실험자의 적절한 경험이 필요하다. Hughes(1993)은 실험자의 경험에 의한 수리모형의 설계가 실험의 단계에 있어 가장 중요하다고 제시하고 있다. 본 발표에서는 기존 연구자료(Hughes, 1993; HydralabⅢ, 2011)에서 제시하고 있는 기본적인 수리실험의 적용한계 및 장비구성 등에 대하여 기술하며, 국내외 대표 실험인프라에 대하여 소개하고자 합니다. 그리고 특히 유럽내 Hydralab의 사례를 바탕으로 국내 해안항만 실험 연구분야 및 실험인프라의 활성화에 대한 제언을 하고자 합니다.

수리모형실험을 통한 영산강하구둑 배수갑문 증설사업 수리현상분석

김하집 ( Hajip Kim ),김지성 ( Jisung Kim ),박병준 ( Byongjun Park ),김흥식 ( Heungsik Kim ),박영진 ( Youngjin Park ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-

영산강하구둑은 총연장 4.35㎞로 목포시 옥암동과 영암군 삼호면 사이에 설치되었으며 1981년준공된 시설로 2억5천 만톤의 물을 담수할 수 있는 능력을 가지고 있다. 그러나 최근 상류유입토사의 퇴적과 지구온난화등 기상변화로 인해 영산강의 홍수량이 크게 증가함(48%)에 따라 영산호와 영암호 배수갑문을 확장하고, 영산호-영암호 연락수로를 확장하여 담수호간 홍수량을 분배하여 피해를 예방하기위하여 사업이 시행되어 영산호의 홍수관리능력 증대를 위한 계획이 수립되었다. 본 과업은 영산강 주변 홍수피해를 예방하기 위해 영산강하구둑 구조개선 사업으로 인하여 확장되는 영산호의 신설 배수갑문의 통수능력 검증과 유지관리에 필요한 기초자료를 제공하기 위하여 배수갑문확장 전ㆍ후의 축소모형을 제작하여 수리모형실험을 실시하였다. 수리모형실험은 원형과 모형의 프루드(Froude)수를 같게 하는 프루드상사법칙을 적용하여 실험을 수행하였으며 모형축척은 1/80을 적용하였다. 수리모형실험 진행은 내ㆍ외 수위차에 따라3가지 조건에서 수행하였으며 주요 실험내용은 내ㆍ외수위 조건별 통수능력 검토, 수문조작에 따른 흐름 검토, 신설배수갑문 하류부에 대한 국부세굴실험 등을 수행하였다. 기존 및 신설배수갑문의 수리적 거동과 배수갑문 통합방류시의 수리현상을 측정하여 Tecplot을 이용하여 비교 해본 결과 기존배수갑문의 경우 배수갑문 통과 후 우편향적인 흐름과 우측에 와류가 형성되었으며 방류분담율은 기설 및 신설배수갑문이 49 : 50으로 비슷한 경향을 나타내었다. 신설배수갑문의 경우 중앙부를 통과하는 직선형의 유황을 나타내었고 배수갑문 통과 후 좌안에 위치한 돌출부의 영향으로 일부 도수현상이 발생하였으나 도수거리가 짧고 도수후의 수심이 낮아 큰 문제는 없을 것으로 판단된다. 신설배수갑문 단독 방류시 수위조건에 관계없이 좌안 및 우안 방향으로 대형 와류를 형성하였으나 유속이 작아 양안에 미치는 영향은 미미할 것으로 판단된다. 기설 및 신설배수갑문 통합방류시 신설배수갑문의 방류영향으로 기설배수갑문의 유황이 변화하여 직선화된 흐름을 나타내었으며 기설갑문과 신설갑문의 방류수 교차지점에 와류가 관측되었으나 유속이 작아 미치는 영향은 미미할 것으로 판단되며 배수갑문 확장으로 인하여 수리현상이 안정화 되어 배수갑문 확장에 따른 이점이 기대된다.

수리모형 실험과 수치모형 해석을 통한 경사형 낙차공의 만곡부 흐름특성 비교분석

박무종,우재경,송영석,임채헌 한국방재학회 2014 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.2014 No.-

하천의 흐름을 파악하기 위해서는 일반적으로 수치모형 해석을 이용한다. 흐름특성을 파악하기 위해서는 수리모형 실험을 통하여 결과를 분석하는 것이 이상적이나 비용과 시간이 많이 소요되는 어려움이 있다. 이러한 이유로 원형에 대해 모형 법칙을 적용하여 정확하고 신뢰할 수 있는 결과 값을 도출하기 위해 수리모형 실험을 수행한다. 만곡부 흐름은 원심력의 영향을 받아 외측으로 향하는 2차류가 발생하고, 외측의 수위가 내측의 수위보다 높아져 횡방향으로 수면경사 상승이 발생한다. 이런 현상 때문에 1차원 수치모형을 적용하는 경우 제방의 안정성 문제가 발생하게 된다. 본 논문에서는 경기도 의정부에 있는 백석천 만곡부 경사형 낙차공의 흐름특성을 수리모형 실험 결과 값과 1, 2차원의 수치모형 해석 결과 값을 비교하였다. 100년 빈도 설계홍수량에 대해 비교해 본 결과 수리모형 실험과 수치모형 해석의 결과 값은 지점에 따라서 5~10%의 유속 및 수심이 상이하게 나타났다. 불균등한 유속분포에 의해 세굴과 퇴적현상이 예상되는 경우에는 수치모형 해석의 결과 값을 수정하여 적용할 필요성이 있으며 본 논문에서는 이러한 보정에 필요한 값을 제시하였다. 1, 2차원이 아닌 3차원 수치모형 해석을 추가적으로 비교분석한다면 유효한 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

2차원 수리모형실험(파랑)의 고찰

윤재선 ( Jae-seon Yoon ),송현구 ( Hyun-gu Song ),오수훈 ( Su Hun Oh ),장정렬 ( Jeong Ryeol Jang ) 한국농공학회 2017 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2017 No.-

수리모형실험의 결과는 실제 수공구조물의 시공에 있어 실시설계 등에 반영되므로 정확한 실험 및 실험자의 많은 경험을 요구하게 된다. 이중, 파랑관련 2차원 수리모형실험은 한정적인 실험수로 내에서 진행되므로 실제 해역의 수리특성과는 다른 계측의 오류가 빈번하게 발생한다. 실제 해안침식을 억제하거나 호안의 월파량을 감소하기 위하여 설치하는 자연해역의 이안구조물(저마루 구조물)의 경우, 파랑 내습 시 통상의 방파제보다 월파량이 크게 증가하므로 배후 수역에서 평균수위가 상승한다. 하지만, 이러한 실제 자연현상에 대하여 2차원 수리모형실험 시, 구조물 배후의 평균수위 상승량이 현장과 전혀 다르게 재현(수위의 과대한 상승)되는 문제점이 발생하며, 이러한 문제점은 구조물의 안정성, 배후 호안의 처오름높이 및 월파량, 호안 전면의 파압 등의 계측결과에도 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 2차원 수리모형실험의 오차저감을 위하여 저마루 구조물 및 호안안벽의 아래로 통수단면을 설치하고 수위상승량 만큼 펌프를 통하여 외해측(조파판 방향)으로 재공급 해주는 시스템을 고안하여 적용하였다. 그 결과 월파에 의하여 수시로 발생하는 수위 상승량을 저감할 수 있었으며, 향후 국내 최초로 적용된 수위상승 저감시스템을 활용하여 보다 정확한 수리모형실험 결과를 제공 할 수 있게 되었다.

수중수제를 활용한 하천 취수부에서의 유사제어 실험 연구

김원일,홍창선 한국방재학회 2012 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.11 No.-

하천의 취수로와 유입수로 등과 같은 하천 구조물에서의 유사제어와 관련된 문제는 하천구조물 운용과 유지 관리에 있어 매우 중요한 문제라 할 수 있으나, 지금까지 취수부의 수리특성에 대한 연구는 단일 하천의 수리특성과 관련된 연구와 비교하여 상당히 미진한 실정이다. 단일 하천의 경우 해석이 비교적 단순하여 그것에 대한 특성 파악이 용이하나, 취수부의 경우 본류와 분류되는 구간의 지형 조건과 복잡한 흐름에 의한 수리학적 조건 등에 따라 정확한 해석을 하기가 어렵기 때문이다. 이러한 이유로 취수부 등과 같은 복잡한 흐름 해석을 위해 수치모형과 더불어 수리모형실험에 대한 연구가 필요하게 된다. 모형실험을 통한 연구의 특징은 복잡한 경계조건에서 수리적 특성을 재현이 비교적 용이하고, 육안으로 수리현상 및 유사거동 현상을 확인할 수 있는 장점이 있으며, 다양한 경우에 대해 검토가 가능하여 공법 및 기법 선택을 용이하게 한다. 본 연구에서는 하천 수로에서 직접 취수 시 효과적인 유사 제어와 동시에 흐름의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 수중 수제 설계 기법을 제한하고 수리모형실험을 통하여 수중 수제의 설계 변수를 제시하고자 한다. 본류 수로 길이 5.0 m, 폭 0.6 m, 취수부는 길이 1.5 m, 폭 0.2 m로 투명 아크릴을 이용하여 실험 수로를 제작하였으며, 수제 모형은 길이 6 cm, 폭 1 cm, 높이 3 cm의 직사각형 형태로 설치하였다. 유사 모형은 Shields 변수들을 설정하여 2 mm 크기의 비중 1.07을 갖는 입자를 적용하였다. 실험을 위한 경계조건은 수제의 설치각도(10°, 20°, 30°, 40°), 수제간 종간격(수제 높이의 3, 4, 5, 6 배) 및 횡간격(수제 너비와 같은 거리), 수제군의 총 길이(취수부 너비의 2배) 등의 4 가지 조건을 조합하여 총 25 개의 조건을 설정하여 실험을 수행하였다. 실험 결과 수제가 없는 경우에 비해 각각의 경우에서 약 2~7 배의 유사 제어 효과가 발생하는 것을 알 수 있으며, 수제의 높이가 설계 수심의 30~40 %일 때와 본류 흐름에 대해 20°의 각도로 수제가 설치되었을 경우, 수제의 종 간격이 작아질 수록 유사 제어 효과가 좋은 결과를 보였다. 정형화된 경우에 대해 연구된 결과이므로 보다 다양한 수제 및 유사 조건들의 연구를 수행하여 합리적이고 실무에 적용 가능한 수중 수제의 설계 변수가 제시될 수 있을 것으로 판단된다.

식생강화를 위한 다공성 소일 블록의 치수안정성 해석

박상우,안태진,안상호,권순현 한국습지학회 2013 한국습지학회지 Vol.15 No.1

본 연구에서는 자연친화적인 호안 블록의 현장 적용시 충분한 기술적인 검증과 구조적, 수리학적 안정성 검 토 등이 제대로 이루어지지 않고 있는 문제점을 개선하기 위해 생태적 기능을 확보할 수 있는 식생강화를 위한 다공성 소일 블록에 대하여 수리적 거동 변화에 따른 수리학적 안정성을 검토하였다. 대상구간을 선정 하여 수치해석 및 수리모형실험을 실시하였으며 수치해석을 위해 1차원 수치해석모형인 HEC-RAS와 2차원 수치해석모형인 RMA-2를 이용하여 1, 2차원 수치해석을 실시하였고, Froude 상사법칙을 적용하여 식생 유, 무에 따른 축척된 수리모형실험을 실시하였다. 수리모형실험의 경우 실험결과에 대한 타당성을 위해 축척된 수리모형실험의 유속 및 소류력 결과를 원형으로 환산하여 1, 2차원 수치해석결과와 동일한 조건하에 비교· 검토하였고 그 결과 비교적 일치된 결과가 나타난 것으로 확인되었으며 이에 따른 원형으로 환산된 소류력 결과를 기존 연구결과인 호안의 허용소류력과 비교함으로써 블록의 수리학적 안정성을 제시하였다.

실험적 방법에 의한 솔리천 배수갑문 방류능력 검토

박병준 ( Byong-jun Park ),김하집 ( Ha-jip Kim ),하재율 ( Jae-yul Ha ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

배수갑문은 외해로부터 조수를 차단하고, 강우시 유역으로 유입되는 홍수를 배제하는 하구 구조물로 이상 조위에 따른 염해방지와 홍수조절을 담당하는 중요한 매립ㆍ간척 시설물이라 할 수 있다. 솔리천 배수갑문은 충청남도 서천군 장항읍 장암리 솔리천 하구에 소재하고, 옥남 방조제를 끼고 운영되고 있으나, 군장 국가산업단지 조성공사로 인하여 솔리천의 길이가 황해쪽으로 연장됨으로 인해 하구의 위치가 바뀌어 새로운 배수갑문의 건설을 필요로 하게 되었다. 본 과업에서는 군장 국가산업단지(장항지구) 조성공사 후 단지를 가로지르는 솔리천의 하구에 새로 건설될 솔리천 배수갑문 설계안에 대해 현장과 같은 수리조건을 적용하여 3차원 수치모의와 수리모형실험을 통해 그 결과를 비교함으로써 배수갑문 주변의 수리현상을 검토하였다. 18건의 수치모의, 25건의 수리모형실험이 실시되었으나 본 과업에서는 내측 수위를 홍수위인 EL.(+)3.750m로 고정한 조건에서 외측 조위를 2m 간격으로 변화시킨 5개 실험결과를 통하여 통수능을 비교할 수 있었고, 수치모의에서는 최대 572㎥/s, 최소 39㎥/s, 수리모형실험에서는 최대 612㎥/s, 최소 41㎥/s를 방류하는 것으로 나타나 수치모의 결과에 비하여 수리모형실험 결과가 약 4.9~6.5% 가량 큰 경향을 보였다. 그러나 정성적인 결과는 동일한 것으로 분석되어 본 과업에서의 수치 및 물리실험은 수리현상이 비교적 잘 재현되었다고 판단된다. To estimate discharge capacity of Soli-Cheon Gate based on original development plan, 3D numerical simulation and hydraulic physical scale model test were executed. In the result, the maximum discharge was 572㎥/s, minimum discharge was 39㎥/s in numerical simulation. And maximum discharge was 612㎥/s, minimum discharge was 41㎥/s in physical test. So the result of physical test is larger than numerical. But the difference of value between physical result and numerical is 4.9~6.5%.