알루미나 콜로이드 용액의 막여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각 변화로 유발된 자연대류 불안정 흐름(natural convection instability flow, NCIF)의 콜로이드 물질의 막오염 제어 효과를 정압(constant-pressure) 막여과 시 플럭스 증가와 정투과량(constant-flux) 막여과 시 막차압 감소 정도로 측정하고, 플럭스 결과를 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커지면 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 2시간의 막여과에서 플럭스는 최대 2.8배까지 증가하고, 막차압은 최대 85%까지 감소하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 결과를 해석하여 운전 시간 15분 이내에서는 중간막힘모델 그 이후에는 케이크여과모델로 평가하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발 된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 52% 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 93% 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어기작은 막표면에의 입자상 콜로이드 물질의 케이크층 형성을 억제시키는 것으로 평가하였다.

BSA 용액의 전량 한외여과에서 막모듈의 중력에 대한 경사각(0~180°) 변화에 따라 유발된 자연대류 불안정 흐름 (natural convection instability flow; NCIF)의 막오염 제어 효과를 플럭스 증가 정도로 측정하고 막힘여과 모델로 해석하였다. 막모듈의 경사각이 0°에서 180°로 커질수록 NCIF 유발이 증가하여 막오염 제어 효과가 커져 플럭스가 증가하였다. NCIF의 유발이 가장 큰 경사각 180°에서의 플럭스 값을 NCIF의 유발이 없는 0°에서의 값과 비교한 결과, 2시간의 단기간 운전에서는 플럭스 향상성이 5배, 20시간의 장기간 운전에서는 17배까지 증가하였다. 막힘여과 모델을 적용하여 NCIF의 유발에 따른 플럭스 증가 효과를 해석한 결과, 운전시간 15분 이내에서는 중간막힘 모델 그 이후에는 케이크여과 모델로 해석하는 것이 타당하였다. 막모듈 경사각 180°에서 유발된 NCIF는 15분 이내의 운전 초기에는 중간막힘 오염을 67%까지 감소시키고, 그 이후의 운전 시간에서는 케이크층 오염을 99.9%까지 감소시켰다. 따라서 막모듈에 유발된 NCIF의 주된 막오염 제어 기작은 케이크층 형성을 억제시키는 것이었다.

In this work, we studied systematically the effects of NCIF on defouling for a range of solutes that foul (BSA protein) and form cakes (alumina colloids) on the membrane thereby causing severe reduction in the flux. Changing the gravitational orientation of the batch cell induces NCIF in the membrane module and higher inclined angle offers stronger NCIF. This induced NCIF enhances back transport of the deposited solutes away from the membrane surface, therefore gives for the improvement of membrane performance. The flux results according to the inclined angles (from 0° to 180°) of the batch cell were analyzed by the pore blocking filtration model. It was shown that NCIF reduced the fouling of intermediate pore blocking by about 66% at the beginning of UF operation, and thereafter reduced the fouling of cake filtration by about 98%.

The present study used the hydrodynamic numerical model, with the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations (RANS) as its governing equations, to analyze overflow characteristics such as the discharge coefficient of circular-crested weir and the flow velocity and pressure distribution of weir crest. The simulation results well reproduced the overflow characteristics of the overfall of circular-crested weir both qualitatively and quantitatively. As for the discharge coefficient, rational results were yielded by the discharge coefficient equation proposed by Hager(1985) in the H1/Rb< 0.58 and by the discharge coefficient equation proposed by Samani and Bagheri(2014) in the H1/Rb> 0.58, respectively. Because most existing discharge coefficient equations were developed by disregarding the effects of the approach velocity, when they are applied, it is necessary to evaluate the effects of the approach velocity on the overflow head beforehand.

바이오가스로부터 폴리설폰 분리막을 이용한 메탄 농축 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 향류 흐름 분리막공정의 지배 방정식을 유도하고 무차원화 한 후 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어을 이용하여 공정모사하였다. 공급 기체의 메탄 몰분율이 0.5인 경우 주어진 전형적 운전조건 상태에서 분리막 길이에 따른 잔류 측의 메탄 몰분율은 시점에서 종점으로 이동하면서 0.5에서 0.8로 증가하였으며 공급유량 대비 잔류유량 비율은 1.0에서 0.57으로 감소하였다. 공급 메탄 몰분율을 0.9로 변화시킨 경우 잔류 측의 최종 메탄 몰분율은 0.93으로, 공급대비 잔류유량은 0.91로 증가하였다. 공급 측 압력이 증가하여 투과 측 압력 대 공급 측 압력 비 값이 0.33에서 0.17로 변경될 경우 단 수율이 0.1과 같이 낮은 영역에서는 잔류 측 메탄 농도 변화가 거의 없는 반면, 단 수율이 0.3과 같이 높은 영역에서는 증가함을 확인할 수 있었다. 분리막 면적이1.14 m2에서 2.57 m2로 증가되면 단 수율의 변화에도 불구하고 잔류 측 메탄 농도가 비교적 높게 유지됨을 알 수 있었다.

배기가스로부터 폴리이서술폰 분리막을 이용하여 이산화탄소 분리 특성을 수치해석 방법으로 분석하였다. 공급 기체와 투과 기체가 서로 다른 방향으로 흐르는 향류 흐름 시스템에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 유한 차분법으로 전개하였으며 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정 모사하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로는 이산화탄소 투과 구동력과 체류시간임을 알 수 있었다. 동일한 조건에서 향류 흐름 공정모사에 의한 투과 측 이산화탄소 농도와 투과량은 병류 흐름 공정모사 결과보다 소폭 증가함을 확인하였다.

이산화탄소에 대한 가소화 안정성 및 이산화탄소/질소의 분리특성이 탁월한 폴리이서술폰(PES)중공사 분리막에 의한 이산화탄소 분리특성을 수치해석으로 알아보고자 하였다. 공정변수에 따른 이산화탄소 분리 거동을 예측하기 위하여 공급 기체와 투과기체가 같은 방향으로 흐르는 병류 흐름에 대한 분리막 공정 지배 방정식을 5차 Runge-Kutta-Verner 방법을 사용하여 Compaq Visual Fortran 6.6 소프트웨어를 이용 공정모사 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 사용하여 수치해석을 수행한 결과, 이산화탄소 투과특성에 영향을 주는 가장 중요한 인자로서 공급 이산화탄소 분압, 투과측과 분리막 내부의 압력비 그리고 공급 기체가 분리막 내부에 머무르는 체류 시간임을 알 수 있었다.

강관이 매설되어 있는 폐쇄형 시스템에서 동결된 화강토의 온도분포에 관한 수치해석 및 실험적 연구가 수행되었다. 실험을 통해 측정된 부동수분량의 온도상관식을 제시하였으며, Lachenbruch의 열전도율 식을 사용하여 열전도율 측정값을 비교분석하였다. 원형 단면 강관이 매설된 모형토조의 동결챔버를 제작하여 동결토의 온도를 측정하고 유한요소 수치해석을 수행하여 실험 결과와 비교하였다. 수치해석시 동결된 화강토의 잠열효과가 고려되었다.

본 논문에서는 중고주파수 영역에서 진동하는 단순평판의 진동을 해석하기 위하여 파워흐름유한요소법을 적용하였다. 파워흐름해석법에서 주어지는 진동 에너지지배방정식의 해를 구하기 위한 수치해석 도구로써 유한요소법을 활용하였다. 이러한 파워흐름유한요소법을 적용하여 중고주파수 영역에서 진동하는 단순평판의 진동 변위와 진동인텐시티 분포를 구하였다. 또한 수치해 결과를 엄밀해와 유한요소법에 의한 근사해와 비교함으로써, 파워흐름유한요소법은 중고주파수 영역에서 진동 변위 및 진동 인텐시티를 예측하기 위하여 효과적으로 적용될 수 있음을 보였다.

평판형과 만곡형전개판 주위에서의 유체특성을 파악하기 위하여 회유수조에서 수조기포법에 의한 하시화실험을 유속 0.05 및 0.1m/sec, 영각과 타임라인에 대해서 실시하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 만곡형전개판에서의 유선은 영각 20。까지는 균일한 분포를 이루다가 영각 25。에서 후면에 인접한 유선이 익현장의 1/2지점에서부터 작은 과가 발생되기 시작하고, 영각 30。에서는 익현자의 1.3지접에서 박리가 시작되며 인접한 유선은 전개판의 후면쪽으로 휘어들어가고, 그리고 영각 35。이상에서는 전연에서부터 박리가 시작되며 영각이 증가할수록 박리층이 증가하는 것으로 나타났다. 2. 평판형전개판에서는 영각 20。부터 전연에서 과와 박리가 발생하며, 박리층은 만곡형과 마찬가지로 영각에 비례하는 것으로 나타났다. 3. 후연에서 발생한 과의 크기가 전연의 것보다 약 2~3배 큰 것으로 나타났다. 4. 전개판의 후연에서 유선은 양 전개판 모두 전개판의 방향과 같은 방향으로 흐르다가 점차 유체흐름과 같은 방향이 되는 것으로 나타났다. 5. 전개판 전후면에서의 유속차는 영각 0。~30。에서 점차 증가하다가 영각 35。이상에서는 그 차가 비슷하게 나타났다. 6. 영각 20~30。에서 전후면의 유속차는 만곡형의 경우 후면의 유속이 전면보다 약 1.4~1.5배 빠르게 나타났으며, 평판형은 약 1.2배 빠르게 나타났다.

본 연구에서는 4대강 살리기 사업 후 퇴적현상이 지배적으로 발생하는 남한강과 섬강 합류부 구간을 대상으로 2차원 수치모형인 CCHE2D 모형을 이용하여 하천의 흐름 및 하상변동에 대한 해석을 수행하였다. 대상지점 합류부는 남한강 본류의 만곡부에 지류 섬강이 유입되는 특성을 갖는다. CCHE2D 모형은 비평형 유사이송을 해석하며 소류사와 부유사 조정거리가 중요한 입력변수로 대상지점에서는 소류사 조정거리가 하상변동에 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. 수치모의 결과 유량비(Qr) 변화가 남한강과 섬강 합류부 지점에서 흐름 및 하상변동에 영향을 미쳤으며, Qr≤ 2.5인 경우에는 합류전 본류의 유속이 증가하여 흐름박리구역을 감소시켰으며 이로 인해 합류부 내측의 퇴적이 감소하였다. Qr>2.5이면 합류부 구간에 퇴적이 증가하여 사주가 형성될 가능성이 높은 것으로 나타났다. 수치모의를 통해 2013년에 발생한 유량비 변화에 의해 합류부에 고정사 주가 형성된 것을 알 수 있었다.

관망의 해석은 관망의 설치, 운영에서 매우 중요한 요소이다. 이를 위한 연구 방법은 1차원 모형과 3차원 모형이 있으나 각각은 정확도와 계산속도의 면에서 관망 해석에 장점과 한계점을 보인다. 2차원 모형의 경우 1차원 모형과 달리 난류 점성을 이용하여 보다 정확한 마찰을 모의할 수 있게 하는데, 이때 사용되는 난류 점성을 모의하는 모형은 Five-Region Turbulence Model을 이용하였다. 그러나 이들 모형에 사용되는 매개 변수들은 실험에 의한 값이기 때문에 이러한 매개변수에 따른 2차원 부정류 해석 방법의 응답 특성을 알아보았다. 이를 위해 실제 상수관망에서의 수격압 데이터와 부정류 해석 모형으로 부터의 수격압 데이터를 비교하고, 다양한 매개변수에 따른 속도 분포 모의 특성을 조사하였다. 이를 통해서, 난류 해석 모형의 마찰 거동과 매개변수와의 관계를 규명하였다.

This study, examines the flow characteristics of upstream channel depending on water gate operation of Nakdan Multi-fuctional weir. The specific purpose of this study are to simulate the variation of flow velocity depending on the operation of the weir using 1-dimensional hydraulic model, HEC-RAS, and compare it with observed velocity. For discharge conditions from 50 ㎥/s to 3,500 ㎥/s, it is observed that the velocity of upstream channel is almost constant, whereas for probability flood discharge, the velocity and froude number are increased as the discharge values are increased. The velocity values for downstream boundary condition EL, 40.0 m are more decreased than those for EL. 40.5m. From comparison on the variation of water stage depending on water gate operation, it is observed that the stage values are almost constant for discharges below 300 ㎥/s, whereas 5 cm to 20 cm for discharges over 700 ㎥/s. Flow velocity at streamflow gauging station. Nakdong, is decreased by more than 875% after installing the weir. The results obtained from this study indicate that the velocity of upstream channel is decreased and the discharge and velocity of downstream channel are significantly varied after installing the weir.

최근 전 세계적으로 이상기후에 따른 기후변화로 태풍과 집중호우의 발생빈도가 증가하고 있다. 특히 동해안에는 산지하천이 많아 집중호우 시 하천 상류지역의 유출량 증가로 인하여 하구부의 피해가 증가하고 있다. 해안과 만나는 하천의 하구부에서는 하천의 유황과 흐름에 따른 상류에서의 토사 유입량에 따라 하구부가 변화한다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용한 2차원 흐름해석 모형인 RMA-2모형을 적용하여 가곡천 하구부의 흐름특성을 분석하였다. 모형 모의를 위하여 가곡천 하구부의 지형데이터를 이용하여 유한요소망을 구성하였다. 가곡천 하구부에 인접한 솔섬의 형태에 따라서 하구부의 흐름 특성을 분석하기 위하여 3가지 경우에 대한 유한요소망을 구성하였다. 입력자료인 유량은 2012년 9월 17일 내륙한 태풍 산바에 의한 영향을 분석하기 위하여 태풍 산바시 실측한 유량을 유입유량으로 RMA-2모형을 모의하였다. 그 결과 하구부에 인접한 솔섬의 영향으로 흐름이 좌우로 나누어지며 최대유속이 느리게 나타났다.

하천의 흐름을 파악하기 위해서는 일반적으로 수치모형 해석을 이용한다. 흐름특성을 파악하기 위해서는 수리모형 실험을 통하여 결과를 분석하는 것이 이상적이나 비용과 시간이 많이 소요되는 어려움이 있다. 이러한 이유로 원형에 대해 모형 법칙을 적용하여 정확하고 신뢰할 수 있는 결과 값을 도출하기 위해 수리모형 실험을 수행한다. 만곡부 흐름은 원심력의 영향을 받아 외측으로 향하는 2차류가 발생하고, 외측의 수위가 내측의 수위보다 높아져 횡방향으로 수면경사 상승이 발생한다. 이런 현상 때문에 1차원 수치모형을 적용하는 경우 제방의 안정성 문제가 발생하게 된다. 본 논문에서는 경기도 의정부에 있는 백석천 만곡부 경사형 낙차공의 흐름특성을 수리모형 실험 결과 값과 1, 2차원의 수치모형 해석 결과 값을 비교하였다. 100년 빈도 설계홍수량에 대해 비교해 본 결과 수리모형 실험과 수치모형 해석의 결과 값은 지점에 따라서 5~10%의 유속 및 수심이 상이하게 나타났다. 불균등한 유속분포에 의해 세굴과 퇴적현상이 예상되는 경우에는 수치모형 해석의 결과 값을 수정하여 적용할 필요성이 있으며 본 논문에서는 이러한 보정에 필요한 값을 제시하였다. 1, 2차원이 아닌 3차원 수치모형 해석을 추가적으로 비교분석한다면 유효한 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

In this study, compared with the result of water surface elevation and water velocity on the establishment of river maintenance basic plan and result of HEC-GeoRAS based GIS, and after use the result of water surface elevation and velocity were observed in the Han stream on Jeju island, analysis 2 dimensional stream flow. the lateral hydraulic characteristics and curved channel of the stream were analyzed by applying SMS-RMA2 a 2 dimensional model. The results of the analysis using HEC-RAS model and HEC-GeoRAS model indicated that the distribution ranges of water surface elevation and water velocity were similar, but the water surface elevation by section showed a difference of 0.7～2.18 EL.m and 0.63～1.16 EL.m respectively, and water velocity also showed differences of maximum 1.58m/sec and 2.67m/sec. SMS-RMA2 analysis was done with the sphere of Muifa the typhoon as a boundary condition, and as a result, water velocity distribution was found to be 1.19 through 3.91 m/sec, and the difference of lateral water velocity in No. 97 through 99 the curved channel of the stream was analyzed to be 1.59 through 2.36 m/sec. In conclusion it is anticipated that the flow analysis of 2 dimension model of stream can reflect the hydraulic characteristics of the stream curved channel or width and shape, and can be applied effectively in the establishment of river maintenance basic plan or management and designing of stream.

남강댐 하류는 부산·경남의 수자원 장기 계획에 중요한 지역이므로 지속가능한 지표수 관리 및 오염원 제어를 위해 흐름 및 수질 해석이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2차원 수질모형인 RAM4와 3차원 수질모형인 WASP을 각각 수리모형인 RAM2 및 EFDC모형과 연계하여 2·3차원 준연계 모형을 이용한 남강댐 하류에서의수리 및 수질을 해석하였다. 2차원 흐름해석 모형인 RAM2 적용 결과 만곡부 5개 횡단 측선에서의 유속의 증감경향이 ADCP 실측값과 잘 일치하였으며, 3차원 모형인 EFDC와 유속 분포 및 보 월류 유속이 유사하였다. 또한 정상상태 도달 후의 RAM2-RAM4 연계모의에 의한 BOD 농도와 EFDC-WASP 연계모의에 의한 BOD 농도장이 모의영역 전반에 걸쳐 유사하게 나타났다. 남강댐 하류부의 경우 수리 및 수질이 남강댐 방류량에 크게 좌우되며 남강댐의 수량은 하류부의 수질 및 연안 어업환경에 큰 영향을 미치므로 향후 이에 대한 정량적 분석 시 계산의 효율성 및 모형의 적용성 측면에서 2차원 준연계 모형을 적용하는 것이 바람직한 것으로 판단된다.