본 연구에서는 세굴된 해저 파이프 주위 중력류의 유동 해석을 수행하였다. 결과 비교를 위해 세굴이 아닌 평평한 해저면 위에 틈새 거리를 두고 설치된 해저 파이프 문제를 함께 고려하였다. 여기서 세굴의 깊이와 틈새 거리는 동일하며, 평평한 해저면 위에 설치된 파이프 문제는 일반적으로 실제 세굴효과를 이상적으로 구현하기 위해 주로 고려된다. 중력류와 해저 파이프 상호작용에 대한 유동특성의 이해를 위해 농도 및 와도장, 압력장 그리고 양항력 계수 등, 다양한 물리량들을 비교 및 분석 하였다. 결과적으로 세굴과 평평한 해저면 위에 설치된 해저 파이프 주위 유동특성이 달라짐을 관찰하였다, 특히 세굴의 위 파이프의 경우 구조물 상부에서 발달된 음의 와만 하류로 나아가게 되지만 평탄면 위 파이프는 이열 와구조 형태를 가지는 것을 확인하였다. 따라서 중력류에 놓인 해저 파이프의 안전 설계를 위해서는 무엇보다 실제 세굴조건을 고려하는 것이 중요 할 것으로 판단된다.

This paper presents the theoretical analysis for the flow driven by surface tension and gravity force in an inclined circular tube. The present study introduces detailed mathematical procedures for Casson viscosity model. The equations of velocity distribution and flow rate are developed to describe the displacement of a non-Newtonian fluid that continuously flew into a circular tube by surface tension. The equation of modified volumetric flow shows the complicated form of (10) due to yield stress term, and the equation of velocity distribution which includes the yield stress and inclination angle of circular tube is composed of terms of r and rc as form of (14).

This paper presents the theoretical analysis for the flow driven by surface tension and gravity force in an inclined circular tube. The governing equation is developed to describe the displacement of a Newtonian fluid that continuously flew into a circular tube by surface tension, which represents a second-order, nonlinear, nonhomogeneous and ordinary differencial form. It was found that the theoretical predictions of the governing equation were excellent agreement with the unsteady state solutions for horizontal tube and the results of force balance equation for steady state.

기름과 가스 수송 라인 및 선박 내에 설비된 유체 기계들에 관련된 파이프 내에 층상류 흐름이 존재할 수 있다. 이 때문에 수평 혹은 작은 경사 파이프 내에 발생할 수 있는 층상류 흐름을 예측하기 위한 많은 이론과 상관식이 제시되었다. 기존 연구들은 각 상의 물성, 점성, 밀도 및 파이프의 기하학적 형상 등이 층상류 흐름에 주는 효과에 관한 것이 대부분이고, 중력의 크기 및 파이프의 큰 경사 기울기에 관한 연구성과는 매우 드문 실정이다. 따라서 본 연구에는 중력크기 및 파이프 경사도 변화가 층상류 발생 조건에 미치는 영향에 대해 이론적 연구가 수행되었다. 또한 본 해석을 통하여 0.17g 및 0.33g 조건에서는 비록 수직상향 흐름일지라도 매우 낮은 액체상의 유량조건에서는 층상류 흐름이 존재할 수 있음을 알 수 있었다.