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표제지
요지
목차
제1장 서론 13
1.1 세굴의 기본적인 개념과 정의 13
1.2 세굴 연구의 중요성 15
1.3 문제의 제기 17
1.4 연구의 목적 18
제2장 문헌 조사 20
2.1 개요 20
2.2 국부세굴의 현장 관측의 검토 20
2.3 국부세굴의 물리적 모형 제작의 검토 21
2.4 교각 국부세굴의 수치 모의 검토 23
제3장 상사 이론과 실험에 근거한 세굴 방정식의 한계 27
3.1 개요 27
3.2 수리학적 상사 이론 27
3.2.1 기하학적 상사 27
3.2.2 운동학적 상사 29
3.2.3 동력학적 상사 29
3.3 무차원 매개변수 30
3.3.1 Reynolds 수 30
3.3.2 Froude 수 31
3.3.3 Euler 수 31
3.3.4 Strouhal 수 32
3.4 지배 미분 방정식에 근거한 상사 32
3.5 Froude 상사와 Reynolds 상사의 축척 비 35
3.6 물리적 모형의 한계 36
3.7 국부세굴에서 경험적인 세굴 공식 37
제4장 FLOW-3D를 이용한 수치 모형 방법론 39
4.1 FLOW-3D 39
4.2 지배방정식 39
4.3 난류 모형 40
4.3.1 Prantl의 혼합거리모형 41
4.3.2 일방정식 모형 42
4.3.3 이방정식 모형, k-ε모형 42
4.4 이방정식모형, RNG k-ε모형 43
4.5 LES 모형 44
4.6 수치 해석 기법 46
4.7 FAVOR 방법 47
4.8 유한 체적법 47
4.9 유체 체적 방법 48
제5장 모형 검증을 위한 수치해석 50
5.1 실험실 자료를 이용한 모형의 검증 50
5.1.1 Yanmaz와 Altinbilek의 실험 50
5.2 FLOW-3D에 의한 수치 모의 52
5.2.1 기하학적 장치 52
5.2.2 격자 모의 53
5.2.3 경계 조건 53
5.2.4 모형 모의 54
5.3 모형 보정 결과 54
5.4 교각 주위의 유량 특성과 국부세굴 55
5.4.1 개요 55
5.4.2 교각 주위의 흐름 패턴의 설명 56
5.5 교량 주위의 국부세굴의 구성 59
5.6 교각 주위의 국부세굴의 수치 모의 62
5.6.1 기하학적 설정 62
5.6.2 모의를 위한 격자 63
5.6.3 경계 조건 64
5.6.4 초기 조건 65
5.6.5 모형 65
5.7 수치해석의 결과 65
5.7.1 유속 벡터 65
5.7.2 교각 주위에서 수면과 국부세굴 68
제6장 고정상 모의의 축척 효과 73
6.1 개요 73
6.2 수치 모의 설정 73
6.2.1 기하학적 설정 73
6.2.2 격자 설정 75
6.2.3 경계조건 설정 75
6.2.4 모형 모의의 설정 76
6.3 결과 및 분석 76
제7장 이동상의 축척 효과 82
7.1 개요 82
7.2 FLOW-3D 모의 설정 82
7.2.1 기하학적 설정 82
7.2.2 격자 설정 83
7.2.3 경계 조건 설정 84
7.2.4 모형 설정 85
7.3 결과와 분석 85
7.3.1 흐름의 축척 효과 85
7.3.2 국부세굴에서 축척효과 89
제8장 결론 90
부록 91
A.1 제6장의 그림 (작은 축척 모의) 91
A.2 제6장의 그림 (큰 축척 모의) 99
A.3 제7장의 그림 (작은 축척 모의) 108
A.4 제7장의 그림 (큰 축척 모의) 119
REFERENCES 130
Abstract 137
감사의 글 138
표 3.1 많은 모형을 위한 원형의 상사 축척비 36
표 6.1 작은 축척와 큰 축척 모의를 위한 기하학적 설정 74
표 7.1 큰 축척와 작은 축척 모의에서 기하학적 설정 82
그림 1.1 교량의 교대와 교각에서 수축흐름 14
그림 1.2 원형 교각에서 국부세굴 개념도(Richardson et al., 2001) 14
그림 1.3 교량에서 발생할 수 있는 세굴의 형태(Yang, 2005) 15
그림 3.1 기하학적 상사 28
그림 3.2 운동학적 상사 29
그림 3.3 동적 상사 30
그림 4.1 물체 경계에 대한 FAVOR 방법 47
그림 4.2 FDM과 FVM의 개요 48
그림 4.3 유체 체적 방법(VOF)의 개요 49
그림 5.1 인공수로 실험 51
그림 5.2 수치 모의를 위한 기하학적 설정 52
그림 5.3 교각 주위의 3D 국부세굴을 위한 격자 모의 53
그림 5.4 원통형 교각 주위의 국부세굴의 등고선(T=5분 일때)(Yanmaz와 Altibinlek, 1991) 54
그림 5.5 T=5분일 때 모의된 하상에서 교각 주위의 부유사 55
그림 5.6 그림으로 나타낸 원형 교각에서 흐름 패턴 57
그림 5.7 국부세굴과 관련된 흐름 패턴 58
그림 5.8 원통형 주위의 흐름 패턴과 국부세굴 58
그림 5.9 실린더의 상류에서 일반적인 세굴 패턴 60
그림 5.10 흐름 내부의 세굴 61
그림 5.11 국부세굴의 흐름 패턴을 위한 수치 모의의 기하학적 설정 63
그림 5.12 교각 주위의 국부세굴을 위한 3차원 격자 모의 64
그림 5.13 교각 주위의 수면 가까이에서의 x 방향 유속벡터 66
그림 5.14 교각 주위의 바닥 가까이에서의 x 방향 유속벡터 66
그림 5.15 교각 앞, 뒤에서 x 방향 유속 벡터 67
그림 5.16 수면 근처에서 수직 유속 68
그림 5.17 T=1일 때 세굴 실험 사진 69
그림 5.18 부유사 모의 70
그림 6.1 교각 주위의 난류 수치 모의의 기하학적 설정 74
그림 6.2 격자모형 75
그림 6.3 수면 근처 교각주위의 유속 벡터 77
그림 6.4 큰 축척 모의와 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적 모형 사이의 x 방향 유속 78
그림 6.5 큰 축척 모의와 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적 모형 사이의 у 방향 유속 80
그림 6.6 큰 축척 모의와 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적 모형 사이의 z 방향 유속 81
그림 7.1 교각 주위의 국부세굴을 위한 수치 모의의 기하학적 설정 83
그림 7.2 격자 모형 84
그림 7.3 수면 근처 교각주위의 유속 벡터 85
그림 7.4 큰 축척 모의 모형과 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적인 모형 사이의 x 방향 유속 86
그림 7.5 큰 축척 모의 모형과 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적인 모형 사이의 y 방향 유속 87
그림 7.6 큰 축척 모의 모형과 Froude 법칙에 따른 작은 축척 모의로부터 유도된 물리적인 모형 사이의 z 방향 유속 88
그림 7.7 작은 축척에서 부유사 모의 89
그림 7.8 큰 축척에서 부유사 모의 89
그림 A.1.1 단일 흐름(t=0)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 91
그림 A.1.2 단일 흐름(t=20)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 91
그림 A.1.3 단일 흐름(t=40)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 92
그림 A.1.4 단일 흐름(t=60)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 92
그림 A.1.5 단일 흐름(t=80)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 93
그림 A.1.6 단일 흐름(t=100)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 93
그림 A.1.7 단일 흐름(t=120)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 94
그림 A.1.8 단일 흐름(t=140)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 94
그림 A.1.9 단일 흐름(t=160)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 95
그림 A.1.10 단일 흐름(t=180)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 95
그림 A.1.11 단일 흐름(t=200)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 96
그림 A.1.12 단일 흐름(t=220)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 96
그림 A.1.13 단일 흐름(t=240)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 97
그림 A.1.14 단일 흐름(t=260)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 97
그림 A.1.15 단일 흐름(t=280)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 98
그림 A.1.16 단일 흐름(t=300)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 98
그림 A.2.1 단일 흐름(t=0)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 99
그림 A.2.2 단일 흐름(t=20)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 99
그림 A.2.3 단일 흐름(t=40)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 100
그림 A.2.4 단일 흐름(t=60)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 100
그림 A.2.5 단일 흐름(t=80)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 101
그림 A.2.6 단일 흐름(t=100)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 101
그림 A.2.7 단일 흐름(t=120)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 102
그림 A.2.8 단일 흐름(t=140)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 102
그림 A.2.9 단일 흐름(t=160)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 103
그림 A.2.10 단일 흐름(t=180)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 103
그림 A.2.11 단일 흐름(t=200)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 104
그림 A.2.12 단일 흐름(t=220)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 104
그림 A.2.13 단일 흐름(t=240)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 105
그림 A.2.14 단일 흐름(t=260)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 105
그림 A.2.15 단일 흐름(t=280)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 106
그림 A.2.16 단일 흐름(t=300)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 106
그림 A.2.17 격자모형 107
그림 A.3.1 이동상 흐름(t=0)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 108
그림 A.3.2 이동상 흐름(t=20)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 108
그림 A.3.3 이동상 흐름(t=40)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 108
그림 A.3.4 이동상 흐름(t=60)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 109
그림 A.3.5 이동상 흐름(t=80)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 109
그림 A.3.6 이동상 흐름(t=100)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 109
그림 A.3.7 이동상 흐름(t=120)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 110
그림 A.3.8 이동상 흐름(t=140)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 110
그림 A.3.9 이동상 흐름(t=160)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 110
그림 A.3.10 이동상 흐름(t=180)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 111
그림 A.3.11 이동상 흐름(t=200)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 111
그림 A.3.12 이동상 흐름(t=220)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 111
그림 A.3.13 이동상 흐름(t=240)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 112
그림 A.3.14 이동상 흐름(t=260)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 112
그림 A.3.15 이동상 흐름(t=280)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 112
그림 A.3.16 이동상 흐름(t=300)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 113
그림 A.3.17 이동상 흐름(t=0)일 때 모의된 수면에서의 부유사 113
그림 A.3.18 이동상 흐름(t=20)일 때 모의된 수면에서의 부유사 113
그림 A.3.19 이동상 흐름(t=40)일 때 모의된 수면에서의 부유사 114
그림 A.3.20 이동상 흐름(t=60)일 때 모의된 수면에서의 부유사 114
그림 A.3.21 이동상 흐름(t=80)일 때 모의된 수면에서의 부유사 114
그림 A.3.22 이동상 흐름(t=100)일 때 모의된 수면에서의 부유사 115
그림 A.3.23 이동상 흐름(t=120)일 때 모의된 수면에서의 부유사 115
그림 A.3.24 이동상 흐름(t=140)일 때 모의된 수면에서의 부유사 115
그림 A.3.25 이동상 흐름(t=160)일 때 모의된 수면에서의 부유사 116
그림 A.3.26 이동상 흐름(t=180)일 때 모의된 수면에서의 부유사 116
그림 A.3.27 이동상 흐름(t=200)일 때 모의된 수면에서의 부유사 116
그림 A.3.28 이동상 흐름(t=220)일 때 모의된 수면에서의 부유사 117
그림 A.3.29 이동상 흐름(t=240)일 때 모의된 수면에서의 부유사 117
그림 A.3.30 이동상 흐름(t=260)일 때 모의된 수면에서의 부유사 117
그림 A.3.31 이동상 흐름(t=280)일 때 모의된 수면에서의 부유사 118
그림 A.3.32 이동상 흐름(t=300)일 때 모의된 수면에서의 부유사 118
그림 A.4.1 이동상 흐름(t=0)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 119
그림 A.4.2 이동상 흐름(t=20)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 119
그림 A.4.3 이동상 흐름(t=40)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 119
그림 A.4.4 이동상 흐름(t=60)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 120
그림 A.4.5 이동상 흐름(t=80)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 120
그림 A.4.6 이동상 흐름(t=100)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 120
그림 A.4.7 이동상 흐름(t=120)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 121
그림 A.4.8 이동상 흐름(t=140)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 121
그림 A.4.9 이동상 흐름(t=160)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 121
그림 A.4.10 이동상 흐름(t=180)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 122
그림 A.4.11 이동상 흐름(t=200)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 122
그림 A.4.12 이동상 흐름(t=220)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 122
그림 A.4.13 이동상 흐름(t=240)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 123
그림 A.4.14 이동상 흐름(t=260)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 123
그림 A.4.15 이동상 흐름(t=280)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 123
그림 A.4.16 이동상 흐름(t=300)일 때 모의된 수면에서의 x 방향 유속 벡터 124
그림 A.4.17 이동상 흐름(t=0)일 때 모의된 하상에서의 부유사 124
그림 A.4.18 이동상 흐름(t=20)일 때 모의된 하상에서의 부유사 124
그림 A.4.19 이동상 흐름(t=40)일 때 모의된 하상에서의 부유사 125
그림 A.4.20 이동상 흐름(t=60)일 때 모의된 하상에서의 부유사 125
그림 A.4.21 이동상 흐름(t=80)일 때 모의된 하상에서의 부유사 125
그림 A.4.22 이동상 흐름(t=100)일 때 모의된 하상에서의 부유사 126
그림 A.4.23 이동상 흐름(t=120)일 때 모의된 하상에서의 부유사 126
그림 A.4.24 이동상 흐름(t=140)일 때 모의된 하상에서의 부유사 126
그림 A.4.25 이동상 흐름(t=160)일 때 모의된 하상에서의 부유사 127
그림 A.4.26 이동상 흐름(t=180)일 때 모의된 하상에서의 부유사 127
그림 A.4.27 이동상 흐름(t=200)일 때 모의된 하상에서의 부유사 127
그림 A.4.28 이동상 흐름(t=220)일 때 모의된 하상에서의 부유사 128
그림 A.4.29 이동상 흐름(t=240)일 때 모의된 하상에서의 부유사 128
그림 A.4.30 이동상 흐름(t=260)일 때 모의된 하상에서의 부유사 128
그림 A.4.31 이동상 흐름(t=280)일 때 모의된 하상에서의 부유사 129
그림 A.4.32 이동상 흐름(t=300)일 때 모의된 하상에서의 부유사 129
그림 A.4.33 격자 모형 129
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