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    KCI등재

    하상보호공 직하류부 세굴공의 난류양상에 관한 수치해석적 연구

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    https://www.riss.kr/link?id=A106234493

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    국문 초록 (Abstract) kakao i 다국어 번역

    강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세굴현상이 발생한다. 이와 같은 국부세굴은 흐름방향 경계지점의 흐름 및 난류특성과 하상토의 재질 등에 지배적이며, 시간의 경과에 따라서 점차적으로 위험할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이동상 모형실험을 통해 분석된 시간변화에 따른 하상보호공 하류부 국부세굴공 내부의 난류성분을 3차원 수치해석모형인 OpenFOAM의 적용결과와 비교하고 국부세굴공발달의 주요인자라고 알려져 있는 수심적분된 상대난류강도 값의 흐름방향별 분포를 분석하였다. 또한 이 결과와 함께 하상전단응력 및 Shields parameter와 비교하여 세굴공의 안정화에 대하여 분석하였으며 추가적으로 초기 난류유입조건을 변화시켜 그 결과를 비교하였다. 그 결과 세굴공의 최대발생깊이는 유속의 크기보다는 오히려 수심 적분된 상대난류강도의 크기에 따라 지배적으로 발달하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해서 향후 하상보호공 하류부에서 발생 가능한 국부세굴공을 저감하거나 방지하기 위해서는 수심 적분된 상대난류강도를 조절할 수 있는 설계나 시공 혹은 수문조절이 필요할 것으로 사료된다.
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    강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세...

    강이나 하천 폭 전체에 걸쳐 수리구조물을 설치하는 경우에는 대개 하상보호공을 설치한다. 하지만 하상보호공직하류부에 있는 하천하상이 상류부의 흐름영향으로 인해서 유실되는 국부세굴현상이 발생한다. 이와 같은 국부세굴은 흐름방향 경계지점의 흐름 및 난류특성과 하상토의 재질 등에 지배적이며, 시간의 경과에 따라서 점차적으로 위험할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이동상 모형실험을 통해 분석된 시간변화에 따른 하상보호공 하류부 국부세굴공 내부의 난류성분을 3차원 수치해석모형인 OpenFOAM의 적용결과와 비교하고 국부세굴공발달의 주요인자라고 알려져 있는 수심적분된 상대난류강도 값의 흐름방향별 분포를 분석하였다. 또한 이 결과와 함께 하상전단응력 및 Shields parameter와 비교하여 세굴공의 안정화에 대하여 분석하였으며 추가적으로 초기 난류유입조건을 변화시켜 그 결과를 비교하였다. 그 결과 세굴공의 최대발생깊이는 유속의 크기보다는 오히려 수심 적분된 상대난류강도의 크기에 따라 지배적으로 발달하는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과를 통해서 향후 하상보호공 하류부에서 발생 가능한 국부세굴공을 저감하거나 방지하기 위해서는 수심 적분된 상대난류강도를 조절할 수 있는 설계나 시공 혹은 수문조절이 필요할 것으로 사료된다.

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    다국어 초록 (Multilingual Abstract) kakao i 다국어 번역

    Where hydraulic structures are to be installed over the entire width of a river or stream, usually a bed protection structure is to be installed. However, a local scour occurs in which the river bed downstream of the river protection system is eroded due to the influence of the upstream flow characteristics. This local scour is dominant in the flow and turbulence characteristics at the boundary of the flow direction and in the material of the bed materials, and may gradually become dangerous over time. Therefore, in this study, we compared the turbulence patterns in the local scour hole at the downstream of the river bed protection with the results of the analysis of the mobile bed experiment, and compared with the application of OpenFoam, a three dimensional numerical analysis model. The distribution of depth-averaged relative turbulence intensities along the flow direction was analyzed. In addition to this result, the stabilization of scour hole was compared with the bed shear stress and Shields parameter, and the results were compared by changing the initial turbulent flow conditions. From the results, it was confirmed that the maximum depth of generation of the three-stage was dominantly developed by the magnitude of depth-averaged relative turbulence intensity rather than the mean flow velocity. This result also suggests that design, construction or gate control are needed to control the depth-averaged relative turbulence intensities in order to reduce or prevent the local scour faults that may occur in the downstream part of the bed protection.
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    Where hydraulic structures are to be installed over the entire width of a river or stream, usually a bed protection structure is to be installed. However, a local scour occurs in which the river bed downstream of the river protection system is eroded ...

    Where hydraulic structures are to be installed over the entire width of a river or stream, usually a bed protection structure is to be installed. However, a local scour occurs in which the river bed downstream of the river protection system is eroded due to the influence of the upstream flow characteristics. This local scour is dominant in the flow and turbulence characteristics at the boundary of the flow direction and in the material of the bed materials, and may gradually become dangerous over time. Therefore, in this study, we compared the turbulence patterns in the local scour hole at the downstream of the river bed protection with the results of the analysis of the mobile bed experiment, and compared with the application of OpenFoam, a three dimensional numerical analysis model. The distribution of depth-averaged relative turbulence intensities along the flow direction was analyzed. In addition to this result, the stabilization of scour hole was compared with the bed shear stress and Shields parameter, and the results were compared by changing the initial turbulent flow conditions. From the results, it was confirmed that the maximum depth of generation of the three-stage was dominantly developed by the magnitude of depth-averaged relative turbulence intensity rather than the mean flow velocity. This result also suggests that design, construction or gate control are needed to control the depth-averaged relative turbulence intensities in order to reduce or prevent the local scour faults that may occur in the downstream part of the bed protection.

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    목차 (Table of Contents)

    • 요약
    • Abstract
    • 1. 서론
    • 2. 방법론
    • 3. 모형의 적용
    • 요약
    • Abstract
    • 1. 서론
    • 2. 방법론
    • 3. 모형의 적용
    • 4. 모형의 적용
    • 5. 결론
    • References
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    참고문헌 (Reference)

    1 김창성, "수리모형 축척 변화에 따른 SPF공법의 한계능력평가" 한국방재학회 13 (13): 375-379, 2013

    2 E. Robertson, "Validation of OpenFOAM numerical methods and turbulence models for incompressible bluff body flows" Elsevier BV 123 : 122-145, 2015

    3 F. R. Menter, "Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications" 32 (32): 1598-1605, 1994

    4 Thi Hoang Thao Nguyen, "Two-dimensional Numerical Analysis on the Flow and Turbulence Structures in Artificial Dunes" 대한토목학회 22 (22): 4922-4929, 2018

    5 B. E. Launder, "The numerical computation of turbulent flows" 3 (3): 269-289, 1974

    6 OpenFOAM, "The Open Source CFD Toolbox User Guide Introductions 2018"

    7 V. A. Vanoni, "Sedimentation Engineering(Manuals No. 54)"

    8 G. J. C. M. Hoffmans, "Scour manual"

    9 David C. Wilcox, "Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models" American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) 26 (26): 1299-1310, 1988

    10 Arnau Bayon, "Performance assessment of OpenFOAM and FLOW-3D in the numerical modeling of a low Reynolds number hydraulic jump" Elsevier BV 80 : 322-335, 2016

    1 김창성, "수리모형 축척 변화에 따른 SPF공법의 한계능력평가" 한국방재학회 13 (13): 375-379, 2013

    2 E. Robertson, "Validation of OpenFOAM numerical methods and turbulence models for incompressible bluff body flows" Elsevier BV 123 : 122-145, 2015

    3 F. R. Menter, "Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications" 32 (32): 1598-1605, 1994

    4 Thi Hoang Thao Nguyen, "Two-dimensional Numerical Analysis on the Flow and Turbulence Structures in Artificial Dunes" 대한토목학회 22 (22): 4922-4929, 2018

    5 B. E. Launder, "The numerical computation of turbulent flows" 3 (3): 269-289, 1974

    6 OpenFOAM, "The Open Source CFD Toolbox User Guide Introductions 2018"

    7 V. A. Vanoni, "Sedimentation Engineering(Manuals No. 54)"

    8 G. J. C. M. Hoffmans, "Scour manual"

    9 David C. Wilcox, "Reassessment of the scale-determining equation for advanced turbulence models" American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) 26 (26): 1299-1310, 1988

    10 Arnau Bayon, "Performance assessment of OpenFOAM and FLOW-3D in the numerical modeling of a low Reynolds number hydraulic jump" Elsevier BV 80 : 322-335, 2016

    11 김형민, "OpenFOAM의 비압축성 유동 해석정밀도 평가" 한국전산유체공학회 18 (18): 49-55, 2013

    12 T. H. H. Nguyen, "Numerical and Physical Investigation of the Performance of Turbulence Modeling Schemes around a Scour Hole Downstream of a Fixed Bed Protection" MDPI AG 10 (10): 103-, 2018

    13 K. Neven, "Monitoring of river channel morphodynamical changes in the zone of bridge piers" 2010

    14 Gijs J. C. M. Hoffmans, "Local Scour Downstream of Hydraulic Structures" American Society of Civil Engineers (ASCE) 121 (121): 326-340, 1995

    15 S. W. Park, "Experimental Study of Local Scouring at the Downstream of River Bed Protection" Seoul National University 2016

    16 Wen-Dar Guo, "A Simplified Simulation Method for Flood-Induced Bend Scour—A Case Study Near the Shuideliaw Embankment on the Cho-Shui River" MDPI AG 9 (9): 324-, 2017

    17 X. Yu, "1D and 2D hydraulic simulations for bridge scour prediction: A comparative study" 226-232, 2008

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    2017-07-01 등재 등재후보로 하락(현장점검) (기타) KCI등재후보
    2017-07-01 등재 등재학술지 선정 (계속평가) KCI등재
    2015-01-01 등재 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
    2011-01-01 등재 등재학술지 유지 (등재유지) KCI등재
    2008-01-01 등재 등재학술지 선정 (등재후보2차) KCI등재
    2007-08-28 학술지등록 한글명 : 한국산학기술학회논문지
    외국어명 : Journal of Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    2007-07-06 학회명변경 영문명 : The Korean Academic Inderstrial Society -> The Korea Academia-Industrial cooperation Society KCI등재후보
    2007-01-01 등재 등재후보 1차 PASS (등재후보1차) KCI등재후보
    2005-01-01 등재 등재후보학술지 선정 (신규평가) KCI등재후보
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    기준연도 WOS-KCI 통합IF(2년) KCIF(2년) KCIF(3년)
    2016 0.68 0.68 0.68
    KCIF(4년) KCIF(5년) 중심성지수(3년) 즉시성지수
    0.66 0.61 0.842 0.23
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