수리모형과 수치해석을 통한 만곡부 하천의 수리학적 특성 비교 고찰

서동일,최한규 강원대학교 산업기술연구소 2007 産業技術硏究 Vol.27 No.A

This study, regarding curved channel, was performed to compare and analyze hydraulic characteristics and the speed of water and water level for left bank and right bank through hydraulic model experiments and numerical analysis. Real channels that had characteristics of curved channel were selected as objectives. In order to easily operate one and two dimensional numerical analysis and comparison for total 2.4Km model channel, measuring point was set up as 200m. HEC-RAS model was applied as one dimensional numerical analysis program and SMS model was used as two dimensional numerical analysis program. In respect of speed of water, the average speed of water for right bank recorded 8.33m/s in a model experiment and 3.08m/s, 8.57m/s were average speed of water for right bank in one dimensional and two dimensional numerical analysis. The average speed of water of two dimensional numerical analysis was quite similar to that of model experiments. Also, as for water level, maximum observational errors between one and two dimensional numerical analysis for right and left bank of model experiments were 0.66m, 0.84m and 0.28m, 0.48m for each. It was found that two dimensional numerical analysis had a similar result to hydraulic model experiments. Accordingly, from the result of this study, two dimensional numerical analysis should be used rather than one dimensional numerical analysis, when numerical analysis for curved channel is conducted.

長安川의 河口閉塞에 관한 實險的 硏究

박상길,이상진,김성모 부산대학교 생산기술연구소 2001 生産技術硏究所論文集 Vol.60 No.-

본 연구에서는 부산광역시에 위치한 小河川에서 발생하는 河口開塞現象의 원인 및 그 특성을 현장조사, 수치계산 및 수리모형실험을 통해 규명하고, 이를 모형실험을 위한 기초자료로 활용해서 하구폐색을 제어하기 위한 비구조적 ㆍ 구조적 대책방안을 수립한 후, 그 적정성 여부를 특히 3차윈 이동상 수리모형실험을 실시해서 검토하였다. 그 결과, 소하천 하구폐색의 발생원인은 주로 波浪에 의한 漂砂移動에 기인하였다. 이러한 폐색현상을 저지하기 위해 導流堤를 설치하여 漂砂量을 제어하는 구조적공법을 적용할 수는 있지만, 이 방법은 설치조건이 원만하지 못하므로 하구부 浚渫에 의한 비구조적 공법을 적용하는 편이 보다 합리적인 대책인 것으로 판단되었다. In this research, the causes and characteristics of estuary occlusion occurred in the creek located in Pusan city, were examined by field surveying, numerical computation and hydraulic model experiment. Then using these results as basic data for hydraulic model experiment, structural and unstructural countermeasures were established to control estuary occlusion. Especially, the propriety of established countermeasures was estimated through 3-dimensional movable bed hydraulic model experiment. Finally, the causes that estuary occlusion phenomenon has been occurring in the creek are mainly based on littoral transport by incident waves. To prevent estuary occlusion, it is probable to apply the method to control littoral drift by construction of jetty. But in small river, because of the bad conditions of construction of jetty, it is rationalized to apply dredging as unstructural countermeasure rather than construction of jetty as structual countermeasure.

유체-구조 상호작용을 고려한 해안구조물의 해저면 세굴에 대한 조파실험 해석 기법 연구

강경원(Kang Kyoung-Won),김기동(Kim Kee Dong),한동석(Han Tong-Seok) 대한토목학회 2012 대한토목학회논문집 A Vol.32 No.1A

Coastal structures, constructed for preventing coastal slope erosion, often causes the scour on the boundary between the coastal structure and the sea-bed, which might lead to collapse of coastal structures. To prevent the collapse, the usual upright block type coastal structures can be modified to other forms or systems of coastal structures. To validate the performance of the proposed systems, it is necessary to conduct high cost hydraulic experiments. If numerical modeling can be performed prior to the hydraulic experiments and the performance of the proposed systems is analyzed numerically in advance, the expenses can be reduced significantly by optimizing the number of cases for conducting the experiments. In this study, a fluid-structure interaction analysis procedure is proposed for modeling the hydraulic experiments of costal structures using the finite element package, LS-DYNA. As can be found in the usual hydraulic experiments, fluid velocities of potential scour locations are monitored and analyzed in detail for four types of coastal structures, block, step, trapezoid and rubble mound. 해안사면의 침식을 막기 위한 해안구조물이 해저면과의 경계면에서 파랑에 의하여 세굴이 발생 할 수 있으며, 세굴에 의한 기초지반의 유실로 해안구조물의 붕괴에 이를 수 있다. 이러한 세굴 현상을 방지하기 위하여 기존의 직립식 해안구조물을 다양한 형태의 해안구조물로 개선하여 제작할 수 있다. 이러한 해안구조물의 세굴 방지 효과를 검증하기 위해서는 많은 비용이 요구되는 조파 실험이 필요하다. 조파실험에 선행하여 모델링을 수행하고 실험결과의 검증 및 추가 분석을 하는 과정을 통해서 큰 비용 절감 효과를 기대할 수 있게 된다. 본 연구에서는 조파실험 해석기법을 제안하기 위해서 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 유체-구조 상호 작용을 고려한 조파 실험 모델링을 하고, 해안구조물과 상호작용에 의한 유체 흐름을 분석하였다. 본 연구에서는 직립형, 경사형, 계단형, 사석형의 4가지 해안구조물의 세굴이 발생 가능성이 높은 위치를 선정하여 유속을 통하여 성능을 비교 분석하였다.

배수갑문 주위의 흐름현상에 대한 3차원 난류 수치모형과 수리모형실험의 비교

이상화(Lee, Sang-Hwa),장은철(Jang, Eun-Cheul),하재율(Ha, Jae-Yul) 한국해안해양공학회 2007 한국해안해양공학회 논문집 Vol.19 No.2

본 연구는 갑문 개방시 유출부의 흐름 현상을 수리모형실헐 결과와 3차원 수치모형실험을 비교 분석하는데 역점을 두고 있다. 대상 갑문은 군장(군산-장항)국가산업단지내의 솔리천에서 유입되는 홍수량 218m³/s을 배제하기 위해서 설계된 배수갑문이다. 수치실험에 사용된 모형은 상용 전산유체역학 프로그램인 ANSYS CFX-10의 κ?ε 난류모형이다. CFX-10의 장점은 난류 흐름에 대해 현상을 양호하게 시뮬레이션 할 수 있으며 특히 물과 공기 접촉면(two phase interface)인 경계층에서 흐름 분리현상을 비교적 뚜렷하게 해석할 수 있다. 수치실험에서 해석된 유속 및 수면의 흐름 형태는 수리모형실험과 유사하게 나타났다. This study is focused on the comparison of a 3 dimensional numerical and hydraulic model experiment for the flow phenomenon when a lock gate is opened. The lock gate is designed to discharge the flood flow rate at 218m³/s of Solicheon at the Kun Jang national industry complex. The three dimensional κ?ε turbulent model of ANSYS CFX-10 of the computational fluid dynamics(CFD) program was used. The characteristics of CFX-10 are able to be simulated effectively for turbulent flow, especially the flow separation of the boundary layer of the two phase interface of air and water. The velocity and the flow pattern of the numerical model was showed to be similar to the results of the hydraulic model experiment.

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.

상대여유고가 낮은 테트라포드 피복 경사제의 월파량에 대한 수리모형실험 및 기존 경험식의 예측성능 분석

유상우,김재영,김도삼,이광호 한국해안,해양공학회 2024 한국해안해양공학회 논문집 Vol.36 No.3

호안을 포함한 해안구조물의 설계 시 월파량 평가는 주로 수리모형실험에 의존하며, 이를 기반으로 월파량 예측을 위한 많은 경험식이 제안되었다. 일반적으로 월파방지를 위한 호안구조물의 경우 설계조위에 설계파의최대 수면진폭을 고려하여 마루높이가 결정되므로 입사파고에 비해 상대적으로 높은 여유마루고를 갖는다. 그러나, 월파를 원천적으로 차단하기 위해서는 비경제적인 구조물의 마루높이가 요구되기 때문에 호안구조물의 설계시 월파량을 허용 가능한 수준으로 제한하는 허용월파량의 개념을 도입하고 있다. 따라서, 실해역에서는 입사파고에 비해 상대적으로 낮은 여유마루고를 갖는 호안구조물들이 존재한다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통해 상대적으로 낮은 여유마루고를 갖는 사석경사제의 월파량에 관해 검토하였다. 또한, 월파량의 실험결과를 이용하여 기존 월파량 산정을 위한 경험식의 예측성능을 상호 비교·분석하였다. In coastal structure design incorporating revetments, the assessment of wave overtopping discharge relies on hydraulic model experiments. Numerous empirical formulas have been developed to predict overtopping discharge based on quantitative data from these experiments. Typically, for revetment structures aimed at mitigating wave overtopping, crest height is determined by considering the maximum amplitude of the design wave, resulting in a relatively high freeboard compared to wave heights. However, achieving complete prevention of all wave overtopping would require the crown wall to have substantial crest heights, rendering it economically impractical. Therefore, the concept of limiting discharge has been introduced in the design of revetment structures, aiming to restrict wave overtopping discharge to an acceptable level. Consequently, many coastal structures in real-world settings feature relatively lower freeboard heights than incident wave heights. This study investigated wave overtopping discharge on rubble-mound breakwaters with relatively low freeboard heights through hydraulic model experiments. Furthermore, it conducted a comparative analysis of the predictive capabilities of existing empirical formulas for estimating overtopping discharge using experimental data.

Green함수법을 이용한 항내정온도 해석

변성국,곽문수,편종근 明知大學校 産業技術硏究所 1999 産業技術硏究所論文集 Vol.18 No.-

In this study, Green function method which calculates wave heights in harbor with constant depth is examined and the numerical model using by this method is applied. A computation of numerical model in huge harbor or sea area generally needs a long run-time. Green function method which has an effect of reducing run-time is applied to sea area in Saemankum and verified by comparing the results with those of other numerical model and hydraulic model experiment.

사연댐 수위조절 시 반구대암각화의 수리학적 특성에 대한 실험 연구

제갈선동,조홍제,강호선,이승오,Chegal,Sun Dong,Cho,Hong-Je,Kang,Ho Seon,Lee,Seung Oh 한국방재학회 2014 한국방재학회논문집 Vol.14 No.2

본 연구는 청동기시대에 제작된 것으로 추정되는 반구대암각화의 보존방안으로서 반구대 전면 하도구간의 수위조절을 통한 침수방지안이 적용될 경우 수위변화가 암벽면에 미치는 수리적인 영향을 수리모형실험을 통해 평가하였다. 저수지와 하천의 흐름특성을 고려할 수 있는 수리모형을 1:50 축척으로 제작하고, 수리모형실험 및 수치모의와 함께 암벽면에서의 수리특성의 변화를 분석하기 위한 압력측정을 병행하였다. 연구결과, 사연댐의 수위조절 시 침수시간은 감소하지만 침수를 방지하지는 못하는 것으로 나타났다. 홍수 시 최대유속은 10년~80년 홍수에서 발생하여 홍수량에 비례하지는 않았으며, 반구대암각화 전면에서의 유속증가량은 200년 빈도 시 약 425%, 2년 빈도 시 약 666%로 수위조절 시 홍수기의 암벽면의 훼손이 증가할 가능성이 있으므로, 이에 대한 대안 수립이 필요하다고 판단된다. If water level control will be executed in order to prevent the inundation for preservation of Bangudae petroglyphs, the assessment of hydraulic characteristic on rock sides was carried out with hydraulic model experiments. Hydraulic model was constructed by 1:50 scale to be applicable to flow characteristic of both stream and reservoir. Furthermore, this study was conducted to numerical simulation and pressure measurement on the surface of petroglyphs model at the same time. As results from this study, inundation time was clearly reduced but inundation prevention was barely occurred. Maximum mean velocity at the front of Bangudae petroglyphs was measured from 10 years to 80 years frequency flood event and not proportional to the frequency. Increasement of mean velocity was about 425% for 200 year frequency flood and about 666% for 2 year frequency flood compared to current condition. If water level control would be adjusted, potential damages of Bangudae petroglyphs would be likely to increase in flooding seasons, which should be requested for alternative prevention plan.

수치모형실험을 이용한 울산 신항 남항 2단계 항내정온도 비교 연구

장성열(Sung-Yeol Jang),조상민(Sang-Min Cho),최현(Hyun-Cho),박원경(Won-Kyung Park),이종인(Jong-In Lee ) 한국연안방재학회 2015 한국연안방재학회지 Vol.2 No.2

In this study, harbor tranquility was evaluated using the numerical modeling tools, SWAN and SWASH. In addition, the numerical simulation results were compared with the results of a hydraulic experiment. The final results showed that the SWASH estimated the wave heights qualitatively well inside the harbor while SWAN underestimated the wave heights especially in the area of wave diffraction.

도시하천 둔치내 식생의 평면적 분포에 따른 홍수위 변화의 실험적 연구

조홍제,최현근,이태영 한국수자원학회 2002 한국수자원학회논문집 Vol.35 No.2

도시하천 둔치내에 대규모로 자생하고 있는 식생으로 인한 흥수위 변화를 수리모형실험을 통해 검토하였다. 연구대상지역으로는 둔치내에 대나무군락이 밀생하고 있는 태화강을 선정하였다. 모형실험은 9.0km 하천구간을 수평축척 1/300, 연직축척 1/72으로 제작한 왜곡모형을 이용하였다. 현재 밀생하고 있는 대나무군락을 3개 지역으로 구분하여, 대나무군락의 평면적 위치와 대나무군락이 횡단면에서 차지하는 비율에 따른 홍수위 상승효과를 검토하였다. 분석결과 대나무 The purpose of this study was to examine the effect of vegetation on the flood plain in the Taewha river on the changes of flood level using a hydraulic physical model experiment. To simulate 9.0 km river, 1/300 horizontally and 1/72 vertically distorted