본 연구에서는 bluff body의 공기역학적 진동현상들에 대한 칼만와류(Karman vortex)의 간섭 현상를 이해하기 위해서 구조적 기본단면인 사각단면(B/D=0.3~15)을 대상으로 정적공기력계수와 플러터계수를 일련의 정적실험과 강제가진실험을 통하여 구하였다. 실험에서는 splitter plate를 단면 후류부에 삽입함으로써 칼만와류의 방출을 억제, 칼만와류로부터 간섭받지 않는 상태의 주위유동 특성을 파악할 수 있었다. 또한 splitter Plate의 유무에 따른 실험결과의 비교연구는 이전에 발표된 다른 연구결과들과 잘 일치했으며 특히 갤로핑현상과 관련된 준정상이론에 근거한 dCL/dα의 변화와 H1 *의 변화를 중심으로 bluff body 주위의 흐름내에서 칼만와류의 간섭을 파악하였다. 결론적으로 B/D=3,4 단면에서 시간평균 적으로 단면 측면에 재부착하던 흐름이 splitter plate의 삽입으로 칼만와류의 방출을 억제하면 전연에서 박리한 흐름이 재부착하지 않음으로써 갤로핑현상이 관찰되었다. 즉 칼만와류의 억제는 전단박리층의 곡율을 늘임으로써 재부착점을 연장시키는 것으로 판단된다.

테일러 와류흐름 여과에서 평균기공 1.2 μm인 셀룰로우스 에스테르 정밀막으로 이루어진 내부원통의 회전속도와 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따른 여과선속의 변화를 실험을 통하여 알아보았다. 여과선속은 압력차에 비례하고 저항에 반비례하였으며, 시간에 따른 케이크 층의 저항 변화를 회전속도, 슬러리의 농도, 입자의 크기에 따라 검토하였다. 회전속도가 증가할수록 케이크 저항이 감소하고 짧은 시간에 준정상 상태에 도달하였다 슬러리의 농도를 증가시킬수록 초기 저항이 급격히 증가하였고 높은 저항값에서 준정상 상태가 유지되었으나, 준정상 상태에 도달하는 시간은 농도에 무관하였다. 입자 크기가 작을 때 저항이 크게 나타남을 관찰하였는데, 입자 크기가 작을수록 막 기공을 막을 확률이 더 높고 전단력에 의해 영향을 덜 받기 때문이라 생각할 수 있다. 본 연구에서 제안한 모델식은 입자의 퇴적과 제거항으로 나누어져 있는데, 실험상수의 평균값을 사용하여 실험결과와 잘 일치하였다.

본 연구에서는 효율적인 와류형 미필터 비점오염저감장치를 개발하고 검증하였다. 저감장치의 검증을 위해 오염물질을 이용하여 총 12개 형태(3개 강우강도×2개 상태×2개 단계)의 실험을 진행하였다. 실험은 (1) 모의유입량 산정(강우강도 2.5 mm/hr: 0.00152 m3/s, 강우강도 3.395mm/hr: 0.00206 m3/s, 강우강도 6.870 mm/hr: 0.00326 m3/s); (2) 오염물질 채취 및 투입(4개 입경 사이즈의 25%씩 혼합); (3) 오염물질 제거효율 측정으로 구성하였고, 장치 초기상태와 운영상태로 구분하여 수행되었다. 강우강도별로 분석한 결과, 모든 강우강도에서 초기상태 및 운영상태 모두 오염물질 농도가 감소하였으며, 유입수 대비 유출수 오염물질 제거효율에서도 오염물질을 환경부 기준 80% 이상 제거하는 결과를 보였다. 특히 제거효율이 시간이 지남에 따라 서서히 증가하여 약 90%를 상회하였으며, 초기상태보다 운영상태에서 오염물질 제거효율이 더 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발한 와류형 미필터 비점오염저감장치로 효율적인 비점오염원을 제거할 수 있음을 증명하였다.

이상기후와 집중호우로 인한 도심지 내의 홍수피해 위험성이 점차 증가하고 있는 상황에서 우수처리시설의 성능향상을 통한 치수안전도를 향상시키려는 다양한 노력이 시도되고 있다. 도심지에 우수를 처리하는 배수통문, 통관 및 빗물펌프장에 대한 치수능력 증대사업이 진행되고 있지만, 도심지역의 특성상 추가시설을 위한 부지확보 방안에 어려움을 겪고 있는 상황이다. 빗물펌프장의 경우에는 토출량의 증대를 위하여 빗물펌프의 용량을 증대하고나 추가 펌프 설치를 고려하여 시설물 증대사업을 추진하고 있다. 펌프수의 증가를 통한 토출량 증대방안은 추가적인 부지확보가 필요하므로, 기존 펌프토출량 증대를 통한 치수안전도 향상을 설계단계에서 많이 고려하고 있다. 펌프용량 증설 설계단계에서는 흡수정 내에서 발생하는 흐름특성을 분석하고 vortex 발생을 억제하여 기계설비에 미치는 영향을 최소화하고, 흡입효율이 저하되지 않도록 하여야 한다. 기존 연구를 살펴보면, 흡수정 조건에 따라 vortex 발생여부를 판단하고 vortex를 저감할 수 있는 방안을 적용하는 연구가 수행되었다. 이와 같은 vortex 형성 여부는 정상상태의 흐름조건에서 vortex의 발생여부를 판단하는 것으로서, 홍수시 변화하는 내외수 조건에 의한 흐름특성을 구현하기에는 부족한 점이 있다. 이에 본 연구에서는 흡수정으로 유입되는 유입량과 토출량 변화에 따른 흡수정 내의 흐름특성 변화를 모의하고 기존 정상 상태 연구와의 차이점을 비교하였다.

낙차 구조물에 사용되는 와류 유입구는 연직낙차부에서의 흐름이 벽면에 접하는 와류형의 유선을 형성하도록 유도한다. 이는 와류 발생에 의한 에너지 소실이 안정적인 유수의 흐름을 보장하면서 구조물 내부의 파손을 감소시키기 때문이다. 와류 흐름을 유도하기 위한 와류 유입구의 형태에는 대표적으로 원형(circular), 소용돌이형(scroll), 나선형(spiral), 접선형(tangential) 등이 있다. 이들은 모두 연직낙차부에서 와류를 형성시키는 동일한 메커니즘 가지면서도 각각의 형태가 서로 다르기 때문에 특성과 한계가 서로 상이하다. 이에 본 연구에서는 각각의 다른 와류 유입구 형태에 대하여 3차원 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용하여 수치모의를 수행한 뒤 실험식에 근거해 유도된 유량과 수치모의 결과에서 산정된 유량을 비교, 도시하고 와류 유입구의 형태별로 유황을 분석한 뒤, 이를 종합하여 와류 유입구의 종류별 특성으로 정리하였다.

댐, 하수구, 지하 방수로 및 저류시설 등에는 높은 위치의 물을 낮은 위치로 이동시키기 위한 낙차 구조물(drop structure)을 자주 사용한다. 이러한 낙차 구조물은 시설 전체의 통수량을 결정하는 역할을 하기 때문에 유입된 물을 빠르고 안정적으로 아래에 연결된 다른 시설물로 흘려보낼 수 있어야 한다. 만약 낙차 구조물에 통수능 문제가 발생하면 이는 시설물 전반의 통수능 문제로 이어져 결국 홍수를 유발할 수도 있다. 낙차 구조물의 내부 흐름 효율을 증대시키기 위해서는 연직낙차부로 물을 유입시키는 유입구의 효율이 무엇보다도 중요하다. 유입구의 효율을 증대시키기 위한 방법 중에서는 와류를 발생시켜 유수의 안정성을 보장하는 방법이 있는데, 이러한 와류 생성형 유입구의 형태는 1947년 Drioli에 의해 처음 도입된 이후 현재까지 꾸준히 개발되어 사용되고 있다. 본 연구에서는 와류 유입구 중에서도 가장 많은 빈도로 사용되는 나선 형태의 와류 유입구(Spiral vortex intake)에 대하여 흐름 유도벽 등의 설계인자를 변화시키면서 수치모의를 수행하고 그 결과를 사용하여 설계인자 변화에 따른 유량 배제 효율을 평가하였다. 본 실험을 통해 1. 유입구 내부 낙차부의 에너지 감세 효율은 낙차부 길이 방향에 따른 총 수두 변화로 검토가 가능하며, 이에 따라 분석된 전반적인 경향은 유량과 수심의 증가하면 에너지 감세 효율이 감소 하는 것으로 파악되었으며, 2.나선형 와류 유입구에 별도의 흐름 유도벽을 설치했을 때 보다 유도벽을 설치하지 않는 경우에 유량의 배제 효율이 증가하는 것으로 분석되었다.