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준설토 배송관로 내에서의 개질재 혼합효율에 대한 CFD 해석
박병준,강병윤,정민철,신재렬,Park, Byongjun,Kang, Byungyoon,Chung, Minchul,Shin, Jaeryul 대한토목학회 2015 대한토목학회논문집 Vol.35 No.5
본 연구는 준설매립과정에서의 관중혼합 거동을 3차원 전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 통해 분석한 연구로 준설토 배송관과 개질재 주입관이 합류하며 발생되는 이상(2-phase)유체의 혼합효율을 사전 평가함으로써 관중혼합 양상을 고찰하는 물리실험의 시행착오를 줄여 경제성을 증진시키는데 연구목적을 두고 있다. 수치해석에 이용된 CFD 코드는 OpenFOAM$^{(R)}$이고, 몇 가지의 기본가정 하에 배송관-주입관의 관경과 합류각을 변화시켜 총 18가지 경우에 대한 삼상(3-phase)유체 거동을 모의하였다. 그 결과 혼합효율에 대한 우열은 있었으나 그 차이는 미미하였고, 모든 경우에서 각 재료 사이의 경계층이 뚜렷하게 형성되었다. 이러한 현상을 극복하기 위한 보완 실험을 통해 경계층 파쇄(破碎)를 위한 관 내 부속 구조물이 고안되었으며, 본 연구에서 제시된 구조물은 단거리 배송관로 내 준설토와 개질재의 혼합효율을 크게 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. This study utilised Computational Fluid Dynamics(CFD) for preliminary assessment of mixing efficiencies of 2-phase fluids in a pipe at which a slurry flow and an injected solidifier join, for the purposes of reducing trial-and-error-based instances of physical experiments and conducting the overall research in an economical way. Using OpenFOAM$^{(R)}$, we simulated behavior of 3-phase fluids under 18 different settings generated by changing diameters of a dredged soil transportation pipe, a quality improving material injection pipe and the confluence angle. While difference in mixing efficiencies amongst the instances was insignificant, discernible boundary layers amongst the materials were observed in all of the instances. In order to break the boundary layers, we designed a substructure inside a pipe and found out that it could remarkably improve mixing efficiencies particularly for short distance applications.
박병준 ( Park Byongjun ),김하집 ( Kim Hajip ),하재율 ( Ha Jaeyul ),조세일 ( Cho Seil ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-
To find the reason of difference between computation discharge and measured discharge at the siphon spillway in Hadong dam, many experiment was executed. Because theoretical methods for making an estimate of discharge at siphon spillway are approached from water head value at inlet and outlet, cannot consider effects of vortex and aeration. But it could find a way out about these problem by hydraulic physical scale model test.
박병준 ( Park Byongjun ),김하집 ( Kim Hajip ),하재율 ( Ha Jaeyul ),박창규 ( Park Changkyu ) 한국농공학회 2006 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2006 No.-
To estimate capacity of plan for Ochang dam spillway, hydraulic physical scale model test was executed. In result, the plan was very stable and safe. Even if the length of weir is smaller than 25.0m, capacity was enough. So it could contribute for economic dam design and construction works.
낙동강 하구둑 배수문 증설사업에 따른 수리현상 검토 -수리모형실험에 의한-
박병준 ( Byongjun Park ),송현구 ( Hyunku Song ),곽경일 ( Gyeongil Kwak ),김지성 ( Jisung Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-
낙동강 하구의 장래 홍수량 증가에 대비 낙동강 하구로의 신속한 홍수량 배제를 위한 치수대책으로 『낙동강 하구둑배수문 증설사업』이 시행됨에 따라 수리학적 검토가 필요하게 되어 배수문을 기준으로 상류방향 1.5㎞, 하류방향 1.5㎞를 축척 1/100로 재현한 수리모형실험이 실시되었다. 실험의 목적은 물리실험을 통한 기본계획 신설배수문을 검토하고 문제점을 도출하여 수리학적 기능성 제고에 필요한 기초자료 제공하며, 배수문 전ㆍ후의 유속분포와 상ㆍ하류 수위조건에 따른 방류량 및 기설 및 신설 배수문간의 분담비를 도출하는데 있다. 기본계획안과 실시설계안에 대한 홍수위시와 관리수위시의 해측 낙차고에 따른 기설, 신설 전체 배수문의 방류량 분담을 검토하였는데, 홍수위시 전체 배수문의 방류량 분담은 4m 낙차시 실시설계안에서 기본계획안의 26,131㎥/s보다 285㎥/s가 더 많은 26,416㎥/s를 내보냈으며, 관리수위시는 1.6m 낙차시 실시설계안이 기본계획안의 12,478㎥/s보다 518㎥/s가 더 많은 12,996㎥/s을 방류했다. 기본계획안과 실시설계안에 대한 신설배수문의 실험안별 분담 방류량과 분담율은 홍수위시 방류량이 4m 낙차시 기본계획안의 경우 7,338㎥/s로 전체 방류량의 29%를 분담하는 것으로 나타났으나, 실시설계안의 경우 11,601㎥/s로 전체 방류량의 44%를 분담하는 것으로 나타났으며, 관리수위시의 방류량은 1.6m 낙차시 기본계획안의 경우 3,980㎥/s로 전체 방류량의 32%를 분담하였고, 실시설계안의 경우 5,396㎥/s로 전체 방류량의 42%를 분담하는 것으로 나타났다. 배수문 계획안별 상ㆍ하류에서의 평균유속을 검토하였는데, 관리수위시는 신설배수문의 유속이 기본계획안에 비해 실시설계안에서 다소 증가 된 것으로 나타났고, 홍수위시는 실시설계안이 기본계획안과 비교하여 기설배수문에서는 유속이 감소되고 신설배수문에서는 유속이 증가하는 경향이 뚜렷이 나타나 신설배수문의 홍수시 방류량 분담율이 높아진 것을 알 수 있었다. 홍수위시 신설배수문에서 기본계획안의 경우 배수문 상ㆍ하류에서 0.26~5.20㎧의 값을 나타내어 좌ㆍ우측 문비간 4.94㎧의 편차가 발생하였다. 반면 실시설계안의 경우 배수문 상ㆍ하류에서 3.28~4.44㎧의 값을 나타내어 좌ㆍ우측 문비간 유속편차는 1.16㎧로 기본계획안에 비해 상당히 개선된 것을 알 수 있었다.
4대강 살리기 사업에 따른 낙동강 23공구(강정보) 수리현상 검토 -수리모형실험에 의한-
박병준 ( Byongjun Park ),송현구 ( Hyunku Song ),곽경일 ( Gyeongil Kwak ),김지성 ( Jisung Kim ) 한국농공학회 2011 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2011 No.-
본 과업의 목적은 강 중심의 지역발전, 친수환경조성, 유기적 홍수방어 및 풍부한 수자원확보를 목적으로 신설되는 하천시설 공사 세부설계(4대강 살리기 낙동강 23공구)에 필요한 수리적 정보를 얻기 위하여 다기능 보의 상ㆍ하류와 합류부 등의 제반 수리현상에 대한 물리실험을 축소모형으로 수행하고 각 특성을 규명하여 다기능 보의 방류능력과 안정성 및 구조물의 적정성을 검토함으로써 경제적이고 안전한 설계를 위한 기초자료를 제공하는데 있다. 관심영역은 다기능 보와 그 하류에 위치한 지류와의 합류부이므로 모형재현 영역은 낙동강 23공구 중 강정보 설치지점을 중심으로 하여 상류방향 1.1㎞, 하류방향 1.5㎞로 총 2.6㎞를 모형으로 재현하고, 상류방향 0.9㎞, 하류방향 1.3㎞로 총 2.2㎞의 범위에서 물리량 계측을 실시하였다. 또한, 지류인 금호강의 경우 합류부 기점 0.7㎞까지 모형으로 재현하고, 합류부 기점 0.5㎞ 범위에서 물리량을 계측하였다. 2년 빈도, 5년 빈도, 10년 빈도 조건의 홍수가 유입되는 상황에서는 가동보가 개방된 경우에 고수부지로의 범람이 발생하지 않으며, 가동보로의 방류유속은 2년 빈도 홍수조건일 때가 가장 큰 것으로 나타나, 최대 7.63㎧의 유속을 보여 주었다. 홍수량이 커질수록 가동보로의 방류유속은 감소하는 경향이 두드러지며, 10년 빈도 홍수조건에서의 가동보 방류유속은 최대 4.57㎧인 것으로 나타났다. 50년 빈도 조건의 홍수가 유입되는 상황에서는 가동보가 개방된 상태에서도 고수부지가 범람한다. 보 상류부 수위는 EL.(+)23.48m이며, 가동보로의 방류유속은 최대 3.79㎧인 것으로 나타났다. 설계조건인 100년 빈도 홍수가 유입될 경우의 하도 내 수리특성을 살펴보면, 과업구간의 수위는 EL.(+)23.50m~EL. (+)24.25m의 분포를 나타내었다. 보 상류와 하류의 횡단면 평균수위차는 0.35m였고, 보 구간을 제외한 하도구간의 수위변화는 미소하였다. 이와 같은 결과는 계산홍수위 EL.(+)24.20m와 동일하고, 제방고 EL.(+)26.70m보다 2.50m 낮은 값으로 치수적 관점에서 안전하다고 판단된다. 유속의 경우 1.0㎧~3.7㎧의 분포를 보여주었다. 가동보 직하류부의 최대유속은 4.2㎧로 측정되었다. 한편, 100년 빈도 조건의 홍수가 유입되는 상황에서 가동보가 고장 등으로 작동되지 않아 개방에 실패하는 경우에도 보 상류부 수위는 가동보를 개방한 경우에 비하여 0.1m 정도 상승한 EL.(+)24.30m에 도달하나, 제방고 EL.(+)26.70m보다 2.4m의 여유가 있어, 마찬가지로 치수적 관점에서 안전하다고 판단된다.