다열기둥에 의한 개수로 에너지 손실의 수치해석

Abstract

수심보다 높은 구조물을 통과하는 흐름에서의 에너지 손실 메커니즘을 명확하게 파악하고자 3차원 전산유체해석 프로그램인 FLOW-3D를 사용하여 다열기둥의 형상과 배열에 따른 에너지 손실의 크기를 산출하였다. Manning의 조도계수 값을 에너지 손실의 크기를 나타내는 척도로 사용하였다. 정도 높은 수치모의를 위해 매우 조밀한 격자구성을 하였으며 구조물의 표현과 계산에 대한 정확성을 위해 격자구성에 따른 수치적인 변화를 비교, 검토 하였다. 수심보다 높은 구조물의 단면의 형상을 변화시키며 각 단면별로 배열하여 수심의 변화에 따른 바닥마찰과 난류흐름에 의한 에너지 손실의 크기를 비교하였다. 조고 0.001m를 갖는 정사각형, 원형, 둥근장방형 3가지 단면의 다열기둥에 대하여 수치모의 하였다. 수치해석 결과를 통하여 원형, 둥근장방형, 정사각형 순서로 에너지 손실이 큼을 알 수 있었다.; To investigate an energy loss mechanism in an open channel flow that passes structures higher than water surface elevation, the amount of energy losses according to the cross-sectional shape of multi-piers was calculated using FLOW-3D which is a 3-dimensional computational fluid dynamics program. The amount of energy losses was calculated based on the Manning's roughness coefficient in this study. The effect of grid resolution on the numerical analysis was investigated. In this study, and grids was very densely constituted especially near walls of structures in order to increase the accuracy of numerical simulations. The amounts of energy losses, caused by wall friction and turbulent eddies, depending on water depth were computed with respect to the cross-sectional shapes such as circular, square and oblong piers, which have the same roughness height as bottom wall does, and their resultant amounts were compared. From the numerical results, it was found that energy losses caused by circular piers were the largest, and energy losses caused by oblong piers were larger than that induced by square piers.