Fig. 9 Velocity vectors and the plunging flow for Model A (Q 0.035 m3/s; l 0.685 m; w 0.141 m)

본 소개 자료는 “Arabian Journal for Science and Engineering”에서 발행한 “An Investigation on Hydraulic Aspects of Rectangular Labyrinth Pool and Weir Fishway Using FLOW-3D” 논문을 기반으로 합니다.

Fig. 9 Velocity vectors and the plunging flow for Model A (Q 0.035 m3/s; l 0.685 m; w 0.141 m)
Fig. 9 Velocity vectors and the plunging flow for Model A (Q 0.035 m3/s; l 0.685 m; w 0.141 m)

연구 배경 및 목적

  • 본 연구에서는 둑의 기하학적 매개변수(둑 모양, 둑 간격, 둑 오리피스 유무, 바닥 경사)가 흐름 체제, 유량-수심 관계, 수심 평균 유속의 변화 및 분포, 난류 특성, 어도에서의 에너지 소산 등에 미치는 영향을 평가하기 위해 서로 다른 두 가지 둑 배열(직선 둑 및 사각형 미로 둑)을 사용했음.
  • FLOW-3D® 소프트웨어를 사용하여 흐름 조건에 미치는 영향을 조사하기 위해 전산 유체 역학 시뮬레이션을 수행했음.
  • 계산된 표면 프로파일 및 속도를 문헌에서 실험적으로 측정된 값과 비교하여 수치 모델의 유효성을 검증했음.

연구 방법

  • FLOW-3D® v11.2를 사용하여 Ead et al. [6]의 실험적인 라이너 풀 둑을 검증하고 오리피스가 있는 사각형 미로 풀 둑의 영향을 조사하기 위해 CFD(전산 유체 역학) 시뮬레이션을 수행했음.
  • 수치 모델의 채널 및 데이터 수집 영역의 치수는 실험실 모델의 치수와 동일함.
  • 두 가지 유형의 풀 둑, 즉 기존식과 미로식을 고려했음.

연구 결과

  • 수치 모델과 실험 데이터 결과, 플런징 흐름의 표면 프로파일과 정규화된 속도 프로파일에 대한 RMSE(제곱 평균 제곱근 오차)와 MAPE(평균 절대 백분율 오차)는 각각 0.014m와 3.11%로, 수치 모델이 풀 및 둑의 흐름 특성을 예측하는 능력을 확인했음.
  • L/B=1.83 값에서 플런징 흐름이 발생할 수 있고(L: 둑의 거리, B: 채널의 폭), 각 모델에 대해 L/B=0.61에서 스트리밍 흐름이 발생할 수 있음.
  • 사각형 미로 둑 모델은 기존 모델보다 큰 무차원 방전 값(Q+)을 가짐.
  • 침수 흐름에서 기존 둑 및 사각형 미로 둑의 경우 Q는 각각 1.56h 및 1.47h에 비례함(h: 둑 위의 수심).
  • 기존 둑의 풀에서 평균 수심 속도는 사각형 미로 둑의 평균 수심 속도보다 높음.
  • 그러나 주어진 유량, 바닥 경사 및 둑 간격에서 난류 운동 에너지(TKE) 및 난류 강도(TI) 값은 기존 둑에 비해 사각형 미로 둑에서 더 높음.
  • 기존 둑은 사각형 미로 둑보다 에너지 소산이 적음.
  • 미로 둑 상단, 둑 하류 벽의 모서리, 둑의 측벽과 채널 벽 사이에서 더 낮은 TKE 및 TI 값이 관찰되었음.
  • 둑 사이의 거리와 하단 경사가 증가함에 따라 평균 수심 속도, 난류 운동 에너지의 평균값 및 난류 강도가 증가하고 풀에서 체적 에너지 소산이 감소했음.
  • 둑에 개구부가 있으면 평균 수심 속도 및 TI 값이 증가하고 풀 내에서 가장 높은 TKE 범위가 감소하여 물고기를 위한 더 넓은 휴식 공간(더 낮은 TKE)이 생성되고 두 모델 모두에서 에너지 소산율이 감소했음.
Fig. 1 Weir fishways dimensionless discharge equations: a: Plunging flow and b: Streaming flow
Fig. 1 Weir fishways dimensionless discharge equations: a: Plunging flow and b: Streaming flow
Fig. 9 Velocity vectors and the plunging flow for Model A (Q 0.035 m3/s; l 0.685 m; w 0.141 m)
Fig. 9 Velocity vectors and the plunging flow for Model A (Q 0.035 m3/s; l 0.685 m; w 0.141 m)

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