침수된 구조물의 Manning 계수 산정 수치모의

Abstract

일정한 기울기 상태인 개수로의 흐름방향으로 정육면체 저항체를 다양하게 배열하여 수심변화에 따른 저항체의 Manning 계수 n값의 변화를 수치모의 하였다. 수치모의는 전산유체해석 프로그램인 FLUENT를 이용하여 k-e 난류모델로 수행하였다. FLUENT 프로그램의 검증을 위해 s/b=1.1, r=0.43의 격자를 생성하고 8mm∼16mm의 격자크기를 이용하여 계산영역을 설정하였다. 또한 가로, 세로, 높이가 11.4cm로 일정한 정육면체 구조물을 격자 가운데에 위치시켜 d/h=0.15의 높이부터 d/h=1.0의 높이까지의 n값을 산정하여 기존 수리실험값과 비교하였다. 수리실험과 수치모의가 근접한 결과를 보임을 확인한 후 수심을 d/h=30의 높이까지 증가시켜 그 결과를 분석하였다. 이후 s/b=1.0, r=0.5의 격자를 구성하여 s/b=1.1, r=0.43의 경우와 마찬가지로 d/h=30까지 수심을 증가시켜가며 n값을 산정하였다. 그리고 저항체가 엇갈려 배열되어 있는 상태를 수치모의 하였다. 그 결과 Manning 계수 n값은 저항체보다 낮은 수심의 흐름에서는 수심이 증가함에 따라 n값 또한 증가하는 경향을 보였으며, 저항체 의 높이와 수심의 높이가 같은 d/h=1.0의 경우 n값이 가장 큰 결과를 나타내었다. 반면 수심이 저항체 높이 보다 상부에 위치할 때, 즉 저항체보다 높은 수심의 흐름인 경우 수심이 증가할수록 n값은 감소하는 경향을 보였으며 d/h가 일정 크기 이상의 상태에서는 n값이 일정한 수치를 나타내었다. 본 연구를 통하여 지금까지는 흐름 저항을 발생시키는 저항체와 수심의 높이비를 고려하지 않은 채 일정한 상수인 Manning 계수 n값을 관습적으로 사용하여 왔으나, 수심변화에 따라 Manning 계수 n값을 각기 다르게 산정해야 하는 필요성을 알 수 있게 되었다.