Flow 3D를 이용한 수로단면형상별 마찰 손실 검토

Estimation of Fiction Loss based on cross section shape of Stormwater Tunnel using
FLOW 3D

이문석* 정건희**
Lee, Munseok · Chung, Gunhui

Abstract

최근 기존 도시 유역의 도시화로 인한 불투수면적의 증가와 우수배제시설 용량부족 등으로 인해
도시홍수가 빈번하게 발생하고 있다. 이에 주요 범람지역의 홍수량을 우회시키거나 저류하여
홍수를 방지하기 위한 수로터널의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 수로터널의 설계 기준을
개발하기 위해 FLOW-3D를 이용한 원형단면과 비원형단면의 수치모의를 수행하였다. 수치모의는
실제 시공되고 있는 터널의 크기를 기준으로 같은 단면적을 가지는 총 4개의 수로 Geometry를
구성하였다. 에너지 수두 변화를 비교 및 검토한 결과, 수로형상이 비 원형단면에 가까울수록
에너지손실 크기와 마찰손실계수가 증가되었다. 이는 수로단면이 비원형인 경우 관의 기하학적
형상에 의한 흐름구조 변화로 추가적인 마찰손실이 발생하는 것이 원인으로 판단되었다. 실제
도로와 수로의 기능을 동시에 가지는 다기능 터널을 건설하여 운영할 경우에는 원형단면의
수로로 운영하기 어려운 경우가 많으며, 말레이시아 SMART 터널의 mode III와 같이 전 단면을
수로로 활용한다고 하더라도 중간에 슬라브가 존재하여 실제로 원형의 흐름이 나타나지는 않게
된다. 이 경우, 원형 관으로 가정한 마찰손실계수를 적용하면 설계유량이 과대 산정될 가능성이
존재하며, 이는 유입구간에서의 침수 또는 월류로 이어질 수 있다. 보다 심도 있는 연구가
수반되어야 할 것이나, 실무에서 다기능 터널 설계 시 본 연구의 결과를 활용하면 보다 정확한
마찰손실계수 산정이 가능할 것으로 보인다.

Keywords

핵심용어 : 수로단면형상, 수치모의, FLOW-3D, 에너지손실, 마찰손실계수

감사의 글
본 연구는 국토교통부(국토교통과학기술진흥원) 2014년 건설기술연구사업의 ‘대심도 복층터널
(16SCIP-B088624-01)’ 연구단을 통해 수행되었습니다. 연구지원에 감사드립니다.