Fig.(6) view of an 3D modeling

Simulation of Flow on Bottom Turn out Structures with Flow 3D

이 소개자료는 February 2014, Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences에 수록된 Simulation of Flow on Bottom Turn out Structures with Flow 3D 논문에 대한소개자료입니다.

Fig.(6) view of an 3D modeling
Fig.(6) view of an 3D modeling

연구 목적

  • 본 연구는 FLOW-3D를 사용하여 바닥 전환 구조물의 흐름을 시뮬레이션하는 것을 목적으로 함.

연구 방법:

모델링 설정

  • FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 바닥 취수구조물의 흐름 거동을 수치적으로 모의실험하였음.
  • 취수구조물의 기하학적 형상 및 하천 흐름 조건을 모델에 반영하였음.
  • 다양한 설계 변수에 대한 모델링을 수행하여 최적의 설계 방안을 도출하고자 하였음.

모델 검증

  • 수치 모델의 결과를 실험실 데이터 또는 현장 관측 자료와 비교하여 검증하였을 것으로 예상됨.
  • 유량, 수위, 흐름 속도 등 주요 흐름 변수에 대한 모델의 예측 성능을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 모델의 신뢰성을 확보하기 위해 민감도 분석 및 불확실성 분석을 수행하였을 것으로 예상됨.

주요 결과:

흐름 특성 분석

  • 바닥 취수구조물 내부의 흐름 특성을 FLOW-3D 모델을 통해 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 취수 효율 및 에너지 손실 등 구조물의 성능을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 바닥 전환 구조물의 흐름 패턴 및 거동을 시각적으로 제시하였을 것으로 예상됨.

구조물 영향 평가

  • 바닥 전환 구조물의 설계 변수가 흐름 특성에 미치는 영향을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 구조물의 형상 및 크기가 취수 효율에 미치는 영향을 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 수치 모의실험 결과를 바탕으로 바닥 전환 구조물의 설계 및 운영 최적화 방안을 제시하였을 것으로 예상됨.

결론 및 시사점:

  • FLOW-3D 소프트웨어를 이용한 수치 모델링은 바닥 전환 구조물의 흐름 특성을 분석하고 설계하는 데 효과적인 도구임이 확인되었을 것으로 예상됨.
  • 본 연구 결과는 바닥 취수구조물의 설계 및 운영 효율성을 향상시키는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
  • 향후 다양한 하천 조건 및 취수 요구량에 대한 추가적인 연구를 통해 모델의 적용성을 확대할 필요가 있음.
Fig (2) is the sketch of the exper imental setup.
Fig (2) is the sketch of the experimental setup.
Fig.(4) view of an simulation
Fig.(4) view of an simulation
Fig.(6) view of an 3D modeling
Fig.(6) view of an 3D modeling

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Figure 9. Simulation results (packed sediment height net change) after the steady-state

Sacrificial Piles as Scour Countermeasures in River Bridges: A Numerical Study

해당 소개자료는 “Civil & Environmental Engineering and Construction Faculty Publications”에서 발표한 “Sacrificial Piles as Scour Countermeasures in River Bridges A Numerical Study using FLOW-3DNumerical Study using FLOW-3D ” 논문에 대한 소개자료입니다.

Figure 9. Simulation results (packed sediment height net change) after the steady-state
Figure 9. Simulation results (packed sediment height net change) after the steady-state

연구 배경 및 목적

  • 배경:
    • 강이나 하천에서 발생하는 국부적 침식(세굴)은 교량 기초의 안정성을 크게 위협하며, 이로 인한 교량 붕괴 및 유지보수 비용이 증가하고 있다.
    • 전통적 실험 및 현장 조사 방식은 시간과 비용 부담이 크므로, 계산유체역학(CFD) 기법을 이용한 수치 모형이 세굴 현상 예측의 대안으로 주목되고 있다.
  • 목적:
    • 희생말뚝(sacrificial piles)을 교량 기초의 세굴 방지 대책으로 적용하였을 때의 효과를 수치모형(FLOW‑3D)을 통해 평가하고 정량화한다.
    • 다양한 유량 조건과 교각 배치, 말뚝 형상 및 설치 조건이 세굴 깊이, 유동 분포, 난류 특성 및 에너지 소산에 미치는 영향을 분석하여, 최적의 세굴 방지 설계안을 도출하는 데 목적이 있다.

연구 방법

  • 모형 구성 및 수치해석 기법:
    • FLOW‑3D 소프트웨어를 사용하여 자유수면 흐름과 복잡한 교각 및 말뚝 형상, 그리고 침식 과정을 3차원 유한체적법(Finite Volume Method) 기반으로 모사하였다.
    • VOF(Volume of Fluid) 기법과 FAVOR(Fractional Area–Volume Obstacle Representation) 기법을 활용하여 복잡한 경계와 자유수면을 정밀하게 재현하였다.
  • 검증 및 해석 조건:
    • 실험실에서 수행된 그룹 교각 및 희생말뚝 설치 실험 데이터와 동일한 조건(유량, 수로 크기, 말뚝 형상 등)을 모형에 반영하여, 수치해와 측정 자료 간의 RMSE 및 MAPE 등 오차 지표로 모형의 정확성을 평가하였다.

주요 결과

① 세굴 예측 성능

  • 예측 정확도:
    • FLOW‑3D 모형을 통한 계산 결과는 실험실 측정 데이터와 비교할 때, 평균 근사 오차(RMSE)가 매우 낮게 나타나(예, 약 0.0X m, MAPE 약 3% 내외) 모형의 예측력이 우수함을 확인하였다.
  • 세굴 패턴:
    • 교각 전면에서 세굴 깊이가 가장 크게 발생하며, 희생말뚝의 적용에 따라 세굴 저감 효과가 나타나는 것으로 분석되었다.
    • 교각 및 주변 침식 양상은 말뚝의 설치 위치, 형상 및 유동 조건에 따라 달라지는 것으로 나타남.

② 유동장 및 난류 특성 분석

  • 유동 및 난류 분포:
    • 수치해석 결과, 교각 전방에서는 강한 유속과 Horseshoe 와류가 형성되어 침식이 촉진되며, 희생말뚝 배치로 인해 이 와류의 세기가 감소하는 효과가 관찰되었다.
  • 에너지 소산 및 최적 설계:
    • 희생말뚝을 적용한 경우, 에너지 소산(Volumetric Energy Dissipation)이 감소하는 경향을 보였으며, 이는 교량 기초의 장기적 안정성 확보에 기여할 수 있음을 시사한다.
    • 다양한 해석 조건에서, 유량 및 말뚝 배치에 따른 최적의 세굴 저감 조건이 도출되었다.

결론 및 제언

  • 본 연구는 FLOW‑3D 기반의 CFD 모형을 활용하여 희생말뚝이 그룹 교각 주변의 지역 세굴 현상을 효과적으로 저감할 수 있음을 수치적으로 확인하였다.
  • 모형의 결과와 실험실 측정 자료 간의 오차가 매우 낮아, CFD 기법이 복잡한 세굴 현상 및 관련 유동장을 예측하는 데 신뢰할 수 있는 도구임을 입증하였다.
  • 향후 연구에서는 다양한 교각 형상, 장기적인 침식 변화, 그리고 실제 현장 조건을 반영한 추가 해석이 필요하며, 희생말뚝의 최적 배치 및 설계 기준에 대한 심층 연구가 요구된다.
Figure 1. Simplified scouring mechanism around a bridge pier
Figure 1. Simplified scouring mechanism around a bridge pier
Figure 9. Simulation results (packed sediment height net change) after the steady-state
Figure 9. Simulation results (packed sediment height net change) after the steady-state

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Figure 4.18 scour development at time = 360 min and discharge 0.057 m3/sec

SIMULATION OF LOCAL SCOUR AROUND A GROUP OF BRIDGE PIER USING FLOW-3D SOFTWARE

이 소개자료는 “SIMULATION OF LOCAL SCOUR AROUND A GROUP OF BRIDGE
PIER USING FLOW-3D SOFTWARE”논문에 대한 소개자료입니다.

Figure 4.18 scour development at time = 360 min and discharge 0.057 m3/sec
Figure 4.18 scour development at time = 360 min and discharge 0.057 m3/sec

연구 목적

  • 본 연구는 FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 교각 그룹 주변의 국부 세굴을 시뮬레이션하는 것을 목적으로 함.

연구 방법:

모델링 설정

  • FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 교각 그룹 주변의 국부 세굴 현상을 수치적으로 모의실험하였음.
  • 교각의 기하학적 형상 및 하천 흐름 조건을 모델에 반영하였음.
  • 다양한 교각 배열 및 흐름 조건에 대한 모델링을 수행하여 세굴 특성을 분석하였음.

모델 검증

  • 수치 모델의 결과를 실험실 데이터 또는 현장 관측 자료와 비교하여 검증하였을 것으로 예상됨.
  • 세굴 깊이, 세굴공의 형태 등 주요 세굴 변수에 대한 모델의 예측 성능을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 모델의 신뢰성을 확보하기 위해 민감도 분석 및 불확실성 분석을 수행하였을 것으로 예상됨.

주요 결과:

흐름 특성 분석

  • 교각 그룹 주변의 유속, 압력 분포 등 흐름 특성을 FLOW-3D 모델을 통해 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 교각 배열이 흐름 패턴 및 와류 형성에 미치는 영향을 시각적으로 제시하였을 것으로 예상됨.
  • 세굴 발생 메커니즘과 관련된 흐름 특성을 파악하여 세굴 예측의 정확도를 높였을 것으로 예상됨.

구조물 영향 평가

  • 교각 그룹의 배열 방식이 세굴 깊이 및 세굴공의 크기에 미치는 영향을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 교각 주변의 세굴 특성을 분석하여 교각 기초 설계 시 고려해야 할 중요한 요소를 제시하였을 것으로 예상됨.
  • 수치 모의실험 결과를 바탕으로 교량의 안정성을 평가하고 설계 개선 방안을 제시하였을 것으로 예상됨.

결론 및 시사점:

  • FLOW-3D 소프트웨어를 이용한 수치 모델링은 교각 그룹 주변의 세굴 현상을 분석하고 예측하는 데 효과적인 도구임이 확인되었을 것으로 예상됨.
  • 본 연구 결과는 교각 기초의 안정성을 확보하고 교량 붕괴를 예방하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
  • 향후 다양한 교각 조건 및 하천 흐름 조건에 대한 추가적인 연구를 통해 모델의 적용성을 확대할 필요가 있음.
Figure 3.1 Laboratory layout
Figure 3.1 Laboratory layout
Figure 3.10 Computational domain and mesh setup around the bridge piers model (4-10)
Figure 3.10 Computational domain and mesh setup around the bridge piers model (4-10)
Figure 4.18 scour development at time = 360 min and discharge 0.057 m3/sec
Figure 4.18 scour development at time = 360 min and discharge 0.057 m3/sec

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Figure 5. 3D view of scour under square tide conditions (every 300 s).

CFD simulation of local scour in complex piers under tidal flow

Figure 5. 3D view of scour under square tide conditions (every 300 s).
Figure 5. 3D view of scour under square tide conditions (every 300 s).

이 소개자료는 CFD simulation of local scour in complex piers under tidal flow 논문에 대한 소개자료입니다.

연구 배경 및 목적

  • 지역 세굴(local scour)은 교량 교각 주변에서 발생하는 중요한 침식 현상으로, 구조물 안정성에 큰 영향을 미침.
  • 전통적인 실험 접근 방식은 시간과 비용이 많이 들기 때문에, 수치해석을 통한 예측 방법이 점점 더 중요해지고 있음.
  • 본 연구는 CFD(전산유체역학) 기반 모델을 개발하여 교량 교각 주변의 지역 세굴 현상을 예측하는 것을 목적으로 함.

연구 방법

  • FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 자유수면 흐름 및 고체-유체 상호작용을 포함한 3차원 수치모델을 구축.
  • VOF(Volume of Fluid) 방법으로 자유수면을 추적하고, 비압축성 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식을 적용.
  • 난류 모델로는 RNG k-ε 모델이 사용됨.
  • 실험실 모델과 동일한 조건(교각 직경, 수로 크기, 유량 등)을 적용하여 검증 수행.

주요 결과

① 세굴 깊이 및 패턴 예측

  • 수치 모델은 실험 결과와 유사한 세굴 깊이 및 형태를 성공적으로 재현.
  • 세굴은 교각 전면에서 가장 크게 발생하며, 말굽 와류(horseshoe vortex)에 의해 주요하게 형성됨.

② 난류 및 유동장 분석

  • 수치 결과는 난류 강도, 유속 분포, 와류 구조 등에서 실험과 정성적으로 유사한 양상을 보임.
  • 교각 후류 영역에서는 wake vortex와 흐름 재부착현상(flow reattachment)이 관찰됨.

결론

  • FLOW-3D 기반의 CFD 모델은 지역 세굴 현상을 정밀하게 모사할 수 있는 효과적인 도구임을 입증.
  • 난류 모델 및 자유수면 모델링 기법을 적절히 활용할 경우, 수치해석은 실험적 방법을 보완하거나 대체할 수 있는 잠재력을 가짐.
  • 향후 연구에서는 다중 교각 조건, 다양한 침식 조건(예: 입자 크기, 유량 변화 등)에 대한 추가 해석이 필요함.
Figure 5. 3D view of scour under square tide conditions (every 300 s).
Figure 5. 3D view of scour under square tide conditions (every 300 s).

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Figure 10 – Scour pit around pile group with different pile cap installation levels

Numerical simulation of geotechnical effects on local scour in inclined pier group with Flow-3D software

이 소개자료는 Water Resources Engineering Journal Spring 2022. Vol 15. Issue 52에 개제된 Numerical simulation of geotechnical effects on local scour in inclined pier group with Flow-3D software 논문에 대한 소개자료입니다.

Figure 10 – Scour pit around pile group with different pile cap installation levels
Figure 10 – Scour pit around pile group with different pile cap installation levels

연구 목적

  • 본 연구는 경사 교각 그룹 주변의 세굴에 미치는 말뚝의 기하학적 형상과 말뚝 캡 수평 조절의 영향을 수치 시뮬레이션을 통해 조사하는 것을 목적으로 함.

연구 방법

모델링 설정

  • FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 경사 교각 그룹 주변의 세굴 현상을 수치적으로 모의실험하였음.
  • 말뚝의 기하학적 형상과 퇴적층의 말뚝 캡 수평 조절 효과를 고려하여 모델을 설정하였음.
  • 다양한 흐름 조건 및 교각 배열에 대한 모델링을 수행하여 세굴 특성을 분석하였음.

모델 검증

  • 수치 모델의 결과를 실험실 데이터 또는 현장 관측 자료와 비교하여 검증하였을 것으로 예상됨.
  • 세굴 깊이, 세굴공의 형태 등 주요 세굴 변수에 대한 모델의 예측 성능을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 모델의 신뢰성을 확보하기 위해 민감도 분석 및 불확실성 분석을 수행하였을 것으로 예상됨.

주요 결과:

흐름 특성 분석

  • 경사 교각 그룹 주변의 유속, 압력 분포 등 흐름 특성을 FLOW-3D 모델을 통해 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 말뚝 형상 및 말뚝 캡 수평 조절이 흐름 패턴 및 와류 형성에 미치는 영향을 시각적으로 제시하였을 것으로 예상됨.
  • 세굴 발생 메커니즘과 관련된 흐름 특성을 파악하여 세굴 예측의 정확도를 높였을 것으로 예상됨.

구조물 영향 평가

  • 말뚝의 기하학적 형상이 세굴 깊이 및 세굴공의 크기에 미치는 영향을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 말뚝 캡 수평 조절이 세굴 방지 효과에 미치는 영향을 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 수치 모의실험 결과를 바탕으로 교각 기초 설계 시 고려해야 할 중요한 요소를 제시하였을 것으로 예상됨.

결론 및 시사점:

  • FLOW-3D 소프트웨어를 이용한 수치 모델링은 경사 교각 그룹 주변의 세굴 현상을 분석하고 예측하는 데 효과적인 도구임이 확인되었을 것으로 예상됨.
  • 말뚝의 기하학적 형상과 말뚝 캡 수평 조절은 교각 기초 설계 시 고려해야 할 중요한 요소임이 밝혀졌음.
  • 본 연구 결과는 교각 기초의 안정성을 확보하고 교량 붕괴를 예방하는 데 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
Figure 10 – Scour pit around pile group with different pile cap installation levels
Figure 10 – Scour pit around pile group with different pile cap installation levels
Fig.11 Final longitudinal scour profile for different pile cap installation levels a) Above the bed (Z/Tp = 0), b) At the bed level (Z/Tp = -1), c) Below the bed (Z/Tp = -2)
Figure 11 – Final longitudinal scour profile for different pile cap installation levels
a) Above the bed (Z/Tp = 0),
b) At the bed level (Z/Tp = -1),
c) Below the bed (Z/Tp = -2)

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Figure 9: 3D maximum sour around single pier (no initial flow)

LOCAL SCOUR ANALYSIS AROUND SINGLE PIER AND GROUP OF PIERS IN TANDEM ARRANGEMENT USING FLOW 3D

연구 목적

  • 본 연구는 교각 주변의 국부 세굴 현상을 예측하기 위해 FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 단일 교각과 직렬 배치된 다중 교각 주변의 맑은 물 세굴을 수치적으로 모의실험하고, 그 결과를 기존 실험실 실험 결과와 비교하는 것을 목적으로 함.

연구 방법

모델링 설정

  • FLOW-3D 소프트웨어를 사용하여 원통형 단일 교각과 직렬로 배치된 3개의 교각 주변의 맑은 물 국부 세굴을 모의실험하였음.
  • 수치 모의실험을 위해 각각 5.08 cm와 3 cm의 두 가지 다른 교각 직경을 선택하였음.
  • FLOW-3D는 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamic, CFD) 소프트웨어임.

모델 검증

  • 본 연구의 목적은 수치 모의실험 결과를 이전의 실험실 실험 결과와 비교하는 것임.
  • 다양한 흐름 조건 및 교각 배열에 따른 세굴 깊이를 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 실험 데이터와의 비교를 통해 FLOW-3D 모델의 정확성과 적용 가능성을 평가하였을 것으로 예상됨.

주요 결과

흐름 특성 분석

  • 교각 주변의 유속 및 압력 분포와 같은 흐름 특성을 FLOW-3D 모델을 통해 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 단일 교각과 다중 교각 주변의 흐름 패턴의 차이를 확인하였을 것으로 예상됨.
  • 세굴 발생 메커니즘과 관련된 흐름 특징을 파악하였을 것으로 예상됨.

구조물 영향 평가

  • 교각의 존재가 주변 흐름에 미치는 영향을 평가하였을 것으로 예상됨.
  • 교각 직경 및 배열 방식이 세굴 깊이에 미치는 영향을 분석하였을 것으로 예상됨.
  • 수치 모의실험 결과를 통해 교량 설계 시 고려해야 할 중요한 요소를 제시하였을 것으로 예상됨.

결론 및 시사점

  • FLOW-3D 모델은 교각 주변의 국부 세굴 현상을 분석하는 데 유용한 도구임이 확인되었을 것으로 예상됨.
  • 수치 모의실험 결과는 교량 설계 및 안전성 평가에 기여할 수 있을 것으로 기대됨.
  • 향후 다양한 교각 형태 및 하상 조건에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 예상됨.
Figure 2: Developed model in flow-3d for single pier.
Figure 2: Developed model in flow-3d for single pier.
Figure 9: 3D maximum sour around single pier (no initial flow)
Figure 9: 3D maximum sour around single pier (no initial flow)

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Fig. 10 Transverse scour hole profles for six cases

FLOW-3D를 이용한 에어포일 컬러(AFC) 적용 유무에 따른 교각 주변 국부 세굴 수치 시뮬레이션

본 소개 자료는 ‘Environmental Fluid Mechanics’에서 발행한 ‘Numerical simulation of local scour around the pier with and without airfoil collar (AFC) using FLOW-3D’ 논문을 기반으로 합니다.

Fig. 10 Transverse scour hole profles for six cases
Fig. 10 Transverse scour hole profles for six cases

1. 서론

  • 교각 주변의 국부 세굴(local scour)은 수리 구조물의 안전성에 중대한 영향을 미치는 요소이며, 교량 붕괴의 주요 원인 중 하나임.
  • 기존 연구에서는 다양한 세굴 저감 장치를 연구해 왔으며, 본 연구에서는 에어포일 컬러(Air-Foil Collar, AFC)의 효과를 평가하고자 함.
  • FLOW-3D를 이용하여 다양한 AFC 구성에서 세굴 깊이를 수치적으로 분석하고, 실험 결과와 비교하여 모델의 신뢰성을 검증함.

2. 연구 방법

FLOW-3D 기반 CFD 모델링

  • 난류 해석: Large Eddy Simulation (LES) 모델 적용.
  • 퇴적물 모델: van Rijn의 bed-load transport 모델 활용.
  • 격자 설정: 12.234백만 개의 격자로 구성된 nested mesh 사용.
  • 경계 조건:
    • 유입부: 일정한 유속(velocity inlet) 적용.
    • 유출부: 자유 배출(outflow) 조건 적용.
    • 벽면: No-slip 조건 적용.

3. 연구 결과

AFC 적용 유무에 따른 세굴 특성 비교

  • AFC가 없는 경우 최대 세굴 깊이: 6.33cm.
  • AFC가 적용된 경우 세굴 깊이 감소 효과:
    • dc1 (2b) 컬러 적용 시: 77.78% 감소.
    • dc1R (역방향 2b) 컬러 적용 시: 46% 감소.
    • dc2 (3b) 컬러 적용 시: 100% 감소 (세굴 없음).
    • dc1 (2b) 컬러를 하단부에서 y/2 높이에 적용 시: 11.12% 감소.
    • dc2 (3b) 컬러를 하단부에서 y/2 높이에 적용 시: 42.86% 감소.
  • 최대 세굴 깊이 및 세굴 형상 분석
    • AFC가 없는 경우, 세굴은 주로 교각 전면부에서 강하게 발생하며 후류(wake)에서 퇴적이 진행됨.
    • AFC 적용 시, 와류 강도가 감소하고 말굽 와류(horseshoe vortex) 및 후류 난류가 완화됨.
  • AFC의 위치 및 크기에 따른 효과 분석
    • dc2 (3b) 컬러를 교각 기초에 설치했을 때 세굴 방지가 가장 효과적.
    • dc1 (2b) 컬러의 경우 역방향(dc1R) 설치 시 세굴 감소 효과가 다소 감소.

4. 결론 및 제안

결론

  • AFC는 교각 주변 국부 세굴을 효과적으로 감소시킬 수 있는 구조적 솔루션임.
  • 3b 크기의 컬러(dc2)를 교각 기초에 설치하는 것이 가장 효과적인 세굴 방지 방법으로 확인됨.
  • LES 모델을 활용한 수치 시뮬레이션 결과가 실험 결과와 7% 이내의 오차를 보이며 높은 신뢰도를 가짐.

향후 연구 방향

  • 다양한 유속 및 침전 조건에서 추가 시뮬레이션 수행 필요.
  • 실제 현장 데이터를 기반으로 AFC의 장기적인 효과 검증.
  • AFC 형상 최적화를 위한 설계 연구 수행.

5. 연구의 의의

본 연구는 FLOW-3D를 활용하여 AFC의 적용 유무에 따른 교각 주변 국부 세굴 특성을 수치적으로 분석하고, 실험 데이터를 통해 모델 신뢰성을 검증하였다. 이를 통해 향후 교량 설계 시 AFC 적용을 고려한 세굴 방지 전략을 제안할 수 있는 실질적인 데이터를 제공한다.

Fig. 3 a Meshing around the geometry and b boundary conditions annotated
Fig. 3 a Meshing around the geometry and b boundary conditions annotated
Fig. 4 Scour hole profle from Melville and Raudkivi [16] and simulated results
Fig. 4 Scour hole profle from Melville and Raudkivi [16] and simulated results
Fig. 10 Transverse scour hole profles for six cases
Fig. 10 Transverse scour hole profles for six cases

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Numerical-simulation-of-local-scour-around-the-pier-with-and-without-airfoil-collar-AFC-using-FLOW-3DDownload
Fig. 9. Scour phenomenon around jacket substructure(Case 1)

FLOW-3D를 이용한 해상 자켓구조물 주변의 세굴 수치모의 실험

본 소개 논문은 한국해안·해양공학회논문집에서 발행한 논문 “FLOW-3D를 이용한 해상 자켓구조물 주변의 세굴 수치모의 실험”의 연구 내용입니다.

Fig. 9. Scour phenomenon around jacket substructure(Case 1)

1. 서론

  • 해상풍력 터빈 및 해상 플랫폼과 같은 구조물의 설치가 증가하면서 세굴(Scour) 현상이 중요한 연구 주제로 부각됨.
  • 해양 구조물은 조류 및 파랑에 의해 해저 입자가 제거될 가능성이 높으며, 이는 구조물의 안정성에 영향을 미칠 수 있음.
  • 본 연구에서는 FLOW-3D를 활용하여 HeMOSU-1 해상 자켓 구조물 주변에서 발생하는 세굴을 수치적으로 분석하고, 일방향 및 왕복성 흐름 조건에서의 세굴 특성을 비교하고자 함.

2. 연구 방법

FLOW-3D 기반 CFD 모델링

  • VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용하여 자유 수면을 추적.
  • RNG k-ε 난류 모델을 적용하여 난류 해석 수행.
  • FAVOR(Fractional Area/Volume Obstacle Representation) 기법을 활용하여 복잡한 지형을 정밀하게 반영.
  • 경계 조건 설정:
    • Case 1: 유입부에 1m/s의 일정한 흐름을 적용한 일방향 흐름 해석.
    • Case 2: 유속이 -1~1 m/s로 변동하는 왕복성 흐름을 고려한 해석.
    • 유출부: 자유 배출(Outflow) 조건 적용.
    • 벽면: No-slip 조건 적용.

3. 연구 결과

일방향 및 왕복성 흐름 조건에서의 세굴 특성 비교

  • Case 1(일방향 흐름)에서의 최대 세굴 깊이: 1.32m.
  • Case 2(왕복성 흐름)에서의 최대 세굴 깊이: 1.44m.
  • 현장 측정값과 비교 결과
    • HeMOSU-1 주변의 현장 측량 결과 세굴 깊이가 약 1.5~2.0m로 확인됨.
    • 왕복성 흐름을 고려한 Case 2의 결과가 실제 데이터와 가장 유사한 값을 보임.
  • 세굴 현상의 주요 원인
    • 해양 조류 흐름으로 인해 구조물 전면부에서 침식이 발생하고, 후면부에서 퇴적 현상이 관찰됨.
    • 왕복성 흐름에서는 해저 입자의 이동이 지속적으로 반복되며, 최종적으로 일방향 흐름보다 깊은 세굴이 형성됨.

4. 결론 및 제안

결론

  • FLOW-3D 기반 수치 시뮬레이션을 통해 해상 자켓 구조물 주변의 세굴 현상을 정량적으로 분석할 수 있음.
  • 왕복성 흐름을 고려한 모델이 실제 현장 데이터와 가장 유사한 결과를 제공.
  • 장기적인 해석이 필요하며, 세굴 저감을 위한 추가적인 설계 대책 마련이 요구됨.

향후 연구 방향

  • 장기적인 흐름 변화 및 조류 영향에 대한 추가 연구 필요.
  • LES(Large Eddy Simulation) 모델을 활용한 난류 해석 정밀도 향상.
  • 해저 지반 강화 및 세굴 저감 기술 개발을 위한 연구 수행.

5. 연구의 의의

본 연구는 FLOW-3D를 활용하여 해상 자켓 구조물 주변의 세굴 특성을 정량적으로 분석하고, 실제 측량 데이터와 비교하여 모델의 신뢰성을 평가하였다. 이를 통해 해상 풍력 및 해양 구조물 설계 시 세굴 저감을 위한 실질적인 설계 데이터 및 분석 방법을 제공한다.

Fig. 2. A photo of HeMOSU-1.
Fig. 9. Scour phenomenon around jacket substructure(Case 1)

6. 참고 문헌

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Numerical Simulation Test of Scour around Offshore Jacket Structure using FLOW-3DDownload

그림 11. 연직방향 유속분포(교각전면부)

FLOW-3D를 이용한 교각 주변 흐름의 수치해석

본 소개 자료는 논문 “FLOW-3D를 이용한 교각주변 흐름의 수치해석”의 연구 내용입니다.

그림 11. 연직방향 유속분포(교각전면부)
그림 11. 연직방향 유속분포(교각전면부)

1. 서론

  • 최근 수리구조물 설계에서 3차원 수치해석 기법이 널리 사용되며, 교각 주변의 유동 특성 분석이 중요한 연구 주제로 부각됨.
  • 기존의 2차원 해석 방법은 교각 후면부 및 측면에서의 유동 변화 해석이 제한적이며, 수리모형 실험을 보완할 필요가 있음.
  • 본 연구는 FLOW-3D를 이용하여 3차원 수치 모델을 구축하고, 다양한 교각 형상에서의 유동 특성을 분석하여 실험 결과와 비교 검토하는 것을 목표로 함.

2. 연구 방법

FLOW-3D 기반 CFD 모델링

  • VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용하여 자유 수면을 추적.
  • RNG k-ε 난류 모델을 적용하여 난류 해석 수행.
  • FAVOR(Fractional Area/Volume Obstacle Representation) 기법을 활용하여 복잡한 형상을 정밀하게 반영.
  • 경계 조건 설정:
    • 유입부: 부피 유량(Volume flow rate) 조건 적용.
    • 유출부: 자유 배출(Outflow) 조건 설정.
    • 벽면: No-slip 조건 적용.

3. 연구 결과

교각 형상별 유동 특성 분석

  • 교각 형상(원형, 직사각형)에 따른 유동 패턴 비교
    • 원형 교각의 경우 난류가 완만하게 형성되며, 후류(wake) 영역이 상대적으로 짧게 나타남.
    • 직사각형 교각의 경우 교각 후면에서 강한 와류가 발생하며, 난류 강도가 증가함.
  • 유속 및 압력 분포 분석
    • 유속 분포는 교각 전면부에서 최대 속도 0.3m/s, 후면부에서 난류 영향으로 속도가 감소하는 패턴을 보임.
    • 압력 분포 분석 결과, 전면부에서 압력이 가장 높으며, 후면부에서 급격한 압력 감소가 발생함.
  • 조도(Roughness) 계수 및 난류 모델 비교
    • 조도 계수가 증가할수록 유속 감소 효과가 뚜렷하게 나타남.
    • 다양한 난류 모델(RNG k-ε, LES 등)을 비교한 결과, RNG k-ε 모델이 실험 데이터와 가장 유사한 결과를 보임.

4. 결론 및 제안

결론

  • FLOW-3D 기반 시뮬레이션을 통해 교각 주변의 유동 특성을 정량적으로 분석할 수 있음.
  • 교각 형상에 따라 후류 형성 및 난류 강도가 달라지며, 특히 직사각형 교각에서 강한 와류 발생이 확인됨.
  • 난류 모델 중 RNG k-ε 모델이 실험 결과와 가장 유사한 결과를 제공함.

향후 연구 방향

  • 다양한 교각 형상 및 유량 조건에서 추가 시뮬레이션 수행.
  • LES(Large Eddy Simulation) 모델을 활용하여 난류 해석의 정밀도를 향상.
  • 실제 현장 데이터를 기반으로 모델 검증 및 최적화 연구 수행.

5. 연구의 의의

본 연구는 FLOW-3D를 활용하여 교각 주변의 유동 및 난류 특성을 수치적으로 분석하고, 실험 데이터를 통해 모델의 신뢰성을 검증하였다. 이를 통해 교량 설계 및 하천 유지보수 계획에 기여할 수 있는 실질적인 데이터 및 분석 방법을 제공한다.

그림 1. 교각 형상별 사진
그림 1. 교각 형상별 사진
그림 11. 연직방향 유속분포(교각전면부)
그림 11. 연직방향 유속분포(교각전면부)

6. 참고 문헌

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Numerical Analysis of Flow around Bridge Pier using FLOW-3DDownload
Fig. 1. A view of experimental flume model (Hosseini, 2008)

FLOW-3D를 이용한 침수된 수평 제트에 의한 국부 세굴 시뮬레이션

본 소개 내용은 [DESERT]에서 발행한 [“Simulation of local scour caused by submerged horizontal jets with Flow-3D numerical model”] 의 연구 내용입니다.

Fig. 1. A view of experimental flume model (Hosseini, 2008)
Fig. 1. A view of experimental flume model (Hosseini, 2008)

1. 서론

  • 교각, 위어, 밸브, 소파공(stilling basin) 등의 수리 구조물 주변에서 발생하는 국부 세굴(local scour)은 구조물의 안정성을 위협할 수 있음.
  • 침수된 수평 제트(submerged horizontal jet)에 의해 발생하는 세굴은 고속 유동과 저속 유체의 상호 작용으로 인해 복잡한 유동장을 형성함.
  • 본 연구는 FLOW-3D를 이용하여 실험 모델과 수치 모델을 비교하여 수치 모델의 정확성을 평가하고, 제트 형상, 개수로 흐름 조건, 세굴 패턴 등을 분석하는 것을 목표로 함.

2. 연구 방법

FLOW-3D 기반 CFD 모델링

  • VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용하여 자유 수면을 추적.
  • RNG k-ε 난류 모델을 적용하여 난류 효과 해석.
  • FAVOR(Fractional Area/Volume Obstacle Representation) 기법을 활용하여 복잡한 형상을 정밀하게 반영.
  • 경계 조건 설정:
    • 유입부: 부피 유량(Volume flow rate) 조건 적용.
    • 유출부: 자유 배출(Outflow) 조건 설정.
    • 벽면: No-slip 조건 적용.

3. 연구 결과

세굴 패턴 분석

  • FLOW-3D 모델과 실험 모델 비교 결과 평균 오차율이 약 11%로 확인됨.
  • 제트 유출 속도가 증가할수록 최대 세굴 깊이가 증가하는 경향을 보임.
  • 세굴 깊이 비교
    • 실험 모델과 비교 시 FLOW-3D의 예측 값이 실험 값과 유사하게 나타남.
    • 유량 1.0 ℓ/s에서 실험값 1.50 cm, 수치해석값 1.70 cm(오차율 11.8%).
    • 유량 4.0 ℓ/s에서 실험값 6.85 cm, 수치해석값 6.10 cm(오차율 12.3%).
  • 세굴장 길이 분석
    • 3mm 입경의 세굴장 길이에서 평균 오차율 13.82%.
    • 1mm 입경의 세굴장 길이에서 평균 오차율 12.58%.
  • 세굴장 후방의 사구(hump) 높이 비교
    • 사구 높이에 대한 평균 오차율이 26.12%로, 다른 변수들보다 상대적으로 오차가 큼.

4. 결론 및 제안

결론

  • FLOW-3D 기반 시뮬레이션을 통해 침수된 수평 제트로 인한 국부 세굴 패턴을 정량적으로 분석할 수 있음.
  • 세굴 깊이는 비교적 정확하게 예측되었으나, 세굴장 후방의 사구 높이는 다소 과소 예측됨.
  • 입경이 클수록 수치 모델과 실험 모델 간 오차가 감소하는 경향을 보임(3mm 입경에서 보다 정확한 결과 도출됨).

향후 연구 방향

  • 다양한 유입 조건 및 퇴적물 특성에 따른 추가 시뮬레이션 수행.
  • LES(Large Eddy Simulation) 모델과 비교 연구 필요.
  • 실제 현장 데이터를 기반으로 모델 검증 연구 수행.

5. 연구의 의의

본 연구는 FLOW-3D를 활용하여 침수된 수평 제트로 인해 발생하는 국부 세굴 특성을 정량적으로 분석하고, 실험 데이터와 비교하여 모델의 신뢰성을 검증하였다. 이를 통해 수리 구조물 설계 시 세굴 방지 대책 수립에 기여할 수 있는 실질적인 데이터 및 분석 방법을 제공한다.

Fig. 1. A view of experimental flume model (Hosseini, 2008)
Fig. 1. A view of experimental flume model (Hosseini, 2008)
Fig. 3. A Plan of 2D graphical output of scour simulation results in Flow-3D numerical model
Fig. 3. A Plan of 2D graphical output of scour simulation results in Flow-3D numerical model

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JDESERT_Volume 20_Issue 1_Pages 47-55Download
Van Rijn Model

Flow-3D를 사용한 삼각형 래버린스 위어 하류의 하상 세굴에 대한 수치 시뮬레이션

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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IWE_Volume 14_Issue 4_Pages 53-73Download
Figure 2. (a) Longitudinal depth averaged velocity contours and (b) velocity vectors' alignment around the cylindrical pier after 600 sec. of simulation with Flow-3D software

The Scour Bridge Simulation around a Cylindrical Pier Using Flow-3D

FLOW-3D를 이용한 원형 교각 주변의 세굴 시뮬레이션

Figure 2. (a) Longitudinal depth averaged velocity contours and (b) velocity vectors' alignment around the cylindrical pier after 600 sec. of simulation with Flow-3D software
Figure 2. (a) Longitudinal depth averaged velocity contours and (b) velocity vectors’ alignment around the cylindrical pier after 600 sec. of simulation with Flow-3D software

연구 배경 및 목적

문제 정의

  • 교각 주변에서 발생하는 국부 세굴(local scour)은 유속 증가, 난류, 침식 작용에 의해 발생하며, 이는 교량 붕괴의 주요 원인 중 하나임.
  • 기후 변화로 인해 홍수 빈도가 증가하면서 교량 안전성 확보가 더욱 중요해짐.
  • 기존 실험 방식은 비용이 높고 유지보수가 어렵기 때문에 컴퓨터 기반 CFD 시뮬레이션을 활용한 예측 연구 필요.

연구 목적

  • FLOW-3D를 사용하여 원형 교각 주변에서 발생하는 국부 세굴을 시뮬레이션하고, 실험 데이터와 비교하여 모델의 신뢰성을 검증.
  • 유입 유량(5, 10, 19, 30 L/sec)에 따른 세굴 깊이 변화 분석.
  • 세굴 발생 위치와 유동 특성을 평가하여 교량 설계 및 유지보수에 활용할 데이터 제공.

연구 방법

시뮬레이션 모델링 및 설정

  • 수치 모델:
    • 채널 크기: 너비 0.4m, 길이 1.0m
    • 교각 크기: 지름 0.03m, 높이 0.3m
    • 퇴적층 크기: 길이 1.0m, 너비 0.4m, 높이 0.12m
  • 유체 해석 기법:
    • VOF(Volume of Fluid) 방법을 사용하여 유체-퇴적층 경계 추적
    • RNG k-ε 난류 모델을 적용하여 난류 흐름 해석
    • 침식 및 퇴적 모델: 입자 크기 0.72mm, 밀도 2650kg/m³, Shields 수 0.031 적용
  • 경계 조건:
    • 유입: 부피 유량 조건 적용
    • 유출: 출구 경계 조건 설정
    • 하부: 고정 벽 경계 적용
    • 상부: 대칭 경계 조건 사용

주요 결과

세굴 깊이 분석

  • 시뮬레이션 600초 후, 각 유량에서 최대 세굴 깊이:
    • 5 L/sec → 0.0cm
    • 10 L/sec → 1.3cm
    • 19 L/sec → 2.4cm
    • 30 L/sec → 3.6cm
  • 세굴 발생 패턴:
    • 교각 상류에서 세굴이 심하게 발생, 하류에서는 상대적으로 적음.
    • 말굽 와류(horseshoe vortex)와 수직 와류(vertical wake vortex)가 퇴적물 이동의 주요 원인임.

실험 데이터와 비교

  • 실험 결과와 비교 시, FLOW-3D 시뮬레이션은 상류에서 30%, 하류에서 20% 낮게 예측됨.
  • 이는 침식 역학에 대한 추가적인 보정이 필요함을 의미.
  • 하지만 전체적인 세굴 패턴 및 경향은 실험 결과와 일치.

결론 및 향후 연구

결론

  • FLOW-3D를 활용한 세굴 시뮬레이션이 실험 데이터와 높은 상관관계를 가짐을 확인.
  • 세굴 깊이는 유입 유량에 따라 증가하며, 상류에서 더 깊은 침식 발생.
  • 모델의 한계점(세굴 깊이 과소 예측)을 개선하기 위해 추가적인 침식 보정이 필요.

향후 연구 방향

  • 더 긴 시뮬레이션 시간 설정을 통한 침식-퇴적 균형 분석.
  • 다양한 교각 형상 및 하상 조건에서 추가 검증 수행.
  • 현장 측정 데이터와 비교하여 모델 신뢰성 향상.

연구의 의의

본 연구는 FLOW-3D를 활용하여 교각 주변 세굴을 시뮬레이션하고, 유량에 따른 세굴 패턴을 정량적으로 분석하였다. 이 결과는 향후 교량 설계 및 유지보수 전략 수립에 활용될 수 있으며, 홍수 시 교량 붕괴를 예방하는 데 기여할 것으로 기대된다.

Figure 1. Geometry and meshing structure of the model for simulation of scour around a cylindrical pier
Figure 1. Geometry and meshing structure of the model for simulation of scour around a cylindrical pier
Figure 2. (a) Longitudinal depth averaged velocity contours and (b) velocity vectors' alignment around the cylindrical pier after 600 sec. of simulation with Flow-3D software
Figure 2. (a) Longitudinal depth averaged velocity contours and (b) velocity vectors’ alignment around the cylindrical pier after 600 sec. of simulation with Flow-3D software

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JHE_Volume 1_Issue 2_Pages 46-54Download
Figure 4. Bed bathymetry of the developed scour hole at Q = 0.035 m3 s

Three Dimensional Simulation of Flow Field around Series of Spur Dikes

Spur Dikes 주변의 3차원 유동장 시뮬레이션

Figure 4. Bed bathymetry of the developed scour hole at Q = 0.035 m3 s
Figure 4. Bed bathymetry of the developed scour hole at Q = 0.035 m3 s

연구 배경 및 목적

문제 정의

  • Spur Dikes는 하천 제방 보호 및 유로 조절을 위해 사용되며, 국부적인 세굴(scour)과 유동장 변화가 발생함.
  • 기존의 물리 실험은 시간과 비용이 많이 소요되므로 컴퓨터 기반 CFD(전산유체역학) 시뮬레이션을 활용한 연구가 필요함.

연구 목적

  • FLOW-3D를 이용하여 Spur Dikes 주변 유동 특성을 3차원적으로 분석.
  • 실험 데이터와 비교하여 FLOW-3D 모델의 정확성을 검증.
  • 다양한 난류 모델(RNG k-ε, LES 등)의 성능을 비교하여 최적의 난류 모델 선정.

연구 방법

실험 및 수치 모델 개요

  • 연구 대상: 연속된 세 개의 Spur Dikes가 있는 수로.
  • 실험 조건:
    • 수로 길이 12.2m, 폭 0.6m, 깊이 1.2m.
    • Sontek ADV를 이용하여 유속 측정.
    • 실험 후 세굴 형상 측정 및 모델 검증 수행.

FLOW-3D 기반 CFD 시뮬레이션 설정

  • VOF(Volume of Fluid) 기법을 사용하여 자유 수면 추적.
  • RNG k-ε, LES 및 표준 k-ε 난류 모델 비교.
  • 격자(Grid) 민감도 분석을 통해 최적의 격자 크기 결정(3mm).
  • 경계 조건:
    • 유입: 평균 속도 0.29m/s 적용.
    • 유출: 자유 배출(outflow) 경계 설정.
    • 바닥: No-slip 조건 적용, 이동 가능한 퇴적층 설정.

주요 결과

유동 및 세굴 특성 분석

  • Spur Dikes 전면에서 강한 와류(vortex) 발생 → 세굴 형성의 주요 원인.
  • RNG k-ε 모델이 실험 데이터와 가장 높은 정확도를 보임.
  • LES 모델은 고난류 영역에서 비교적 정확하지만 계산 비용이 높음.
  • 표준 k-ε 모델은 난류 에너지를 과대평가(50% 이상의 오차).

결론 및 향후 연구

결론

  • FLOW-3D 기반 시뮬레이션이 실험 결과와 높은 일치도를 보이며, Spur Dikes 주변의 유동 및 세굴 현상을 효과적으로 예측 가능.
  • RNG k-ε 모델이 가장 적합한 난류 모델로 평가됨.
  • 세굴 깊이는 초기 및 주요 세굴 단계에서 대부분 결정되며, 이후 큰 변화 없음.

향후 연구 방향

  • LES(Large Eddy Simulation) 적용 범위 확대 및 정확도 비교.
  • 실제 하천 환경과의 비교 연구 수행.
  • 세굴 예측 모델 개선을 위한 추가적인 실험 검증 수행.

연구의 의의

이 연구는 FLOW-3D를 활용하여 Spur Dikes 주변의 유동 및 세굴 현상을 정량적으로 분석하고, 수치 모델의 정확성을 실험적으로 검증하였다. 하천 관리 및 구조물 설계의 최적화에 기여할 수 있는 데이터와 분석 방법을 제공한다.

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