Van Rijn Model

본 소개 내용은 [Iranian Journal of Irrigation and Water Engineering]에서 발행한 [“Numerical Simulation of the Bed Scouring Downstream Triangular Labyrinth Weirs Using Flow-3D”] 의 연구 내용입니다.

Myer-Peter-Muller Model
Myer-Peter-Muller Model

서론

  • 연구 배경 및 필요성
    • 선형 위어에 비해 래버린스 위어는 폭 증가를 통해 흐름 용량을 증가시켜 특별한 관심을 받아왔음.
    • 위어 하류의 세굴 및 침식은 구조물 보호를 위해 중요하며, 위어 통과 유량 증가로 인해 하류 세굴량도 증가함.
    • 본 연구는 삼각형 평면을 가진 래버린스 위어의 수치 모델을 연구함.
  • 연구 목표
    • 다양한 요인(댐 본체 높이, 위어 정점 높이, 위어 통과 유량, 위어 정점 각도)이 래버린스 위어 하류의 하상 침식량에 미치는 영향을 연구하기 위해 23개의 모델을 Flow-3D 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션함.
    • 수치 시뮬레이션 결과와 실험 모델 결과의 검증을 통해 수치 시뮬레이션과 실험값 간의 매우 우수한 일치를 확인함.

연구 방법

  • 연구 설계
    • 3가지 정점 각도를 가진 삼각형 래버린스 위어 하류의 하상 세굴을 연구함.
    • 길이 10m, 폭 50cm, 높이 80cm의 인공 소형 수로에서 수치 모델을 수행함.
    • 4가지 위어 정점 각도(90°, 60°, 45°)를 테스트함.
  • 수치 모델링
    • 수로의 물 흐름과 상단의 공기 영역을 포함하는 다상 계산 영역을 다상 흐름 모델로 시뮬레이션함.
    • 계산 영역 준비 시 적절한 메시 생성은 매우 중요하며, 셀 크기가 세굴에 미치는 영향을 조사하기 위해 3가지 다른 셀 수를 적용함.
    • FLOW-3D는 광범위한 산업 응용 분야 및 물리적 프로세스에서 액체 및 기체의 동적 거동을 연구하는 엔지니어를 위한 완벽하고 다재다능한 CFD 시뮬레이션 플랫폼을 제공함.

연구 결과

  • 세굴 매개변수
    • 다양한 흐름 조건에서 래버린스 위어 하류의 최대 세굴 깊이, 최대 세굴 길이, 최대 퇴적 깊이 및 최대 퇴적 길이를 조사하기 위해 수치 시뮬레이션을 수행함.
    • 세굴 매개변수를 최소화하는 최적의 정점 각도를 찾기 위해 3가지 다른 위어 정점 각도(90°, 60°, 45°)에 대해 모델을 실행함.
    • 선형 위어 정점에 대한 최대 세굴 매개변수도 측정하여 비교함.
  • 결과 분석
    • 제시된 정점 각도로 삼각형 래버린스 위어를 사용하면 모든 세굴 및 퇴적 현상이 선형 위어에 비해 감소함.
    • 시뮬레이션 결과, 60°의 위어 정점 각도가 모든 세굴 및 퇴적 매개변수에서 더 큰 감소를 나타냄.
    • 선형 위어에 비해 상대 세굴 깊이, 세굴 길이, 퇴적 깊이 및 퇴적 길이에서 각각 약 89%, 77%, 45% 및 49% 감소가 관찰됨.

결론

  • 연구의 의의
    • 시뮬레이션 결과는 세굴 현상을 감소시키는 매우 효율적인 수단으로서 삼각형 래버린스 위어의 신뢰성을 나타냄.
    • 모든 위어 정점 각도에서 다양한 세굴 및 퇴적 매개변수의 감소가 관찰됨.
  • 최적의 위어 설계
    • 선형 위어에 비해 60°의 위어 정점 각도에서 더 낮은 세굴 매개변수가 획득됨.
    • 결론적으로, 최적의 위어 정점 각도인 60°는 선형 위어에 비해 세굴 매개변수를 최소화하고 에너지 소산을 최대화하는 잠재력을 가짐.
    • 세굴 지도는 대칭이며, 최대 세굴은 이동상 하상의 세로 중심선 좌우에서 발생함.
Van Rijn Model
Van Rijn Model
Myer-Peter-Muller Model
Myer-Peter-Muller Model

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