Numerical Model of Circulation due to Sudden Variation of Flow Section

흐름 단면(斷面)의 급변화(急變化)에 의한 순환(循環)의 수치모형(數値模型)

Circulation phenamena in open channel with abrupt variation in flow section are studied by solving numerically two dimensional Navier-Stokes equations integrated over depth. Galerkin type finite element method is used as numerical scheme. Numerical results by both implicit and explicit schemes tested in one-demensional rectangular channel agree closely with the known solution. The numerical experiments carded out in the open channel with a pool indicate the expected flow pattern and the center of the circulation coincides with the geometrical center, but the vectors of velocity appear father small, and it remains to be further investigated. Numerically simulated flow profiles along the channel with constrictions such as bridge piers and abutments are shown to be close to hydraulic experimental results. Thus further refined numerical technique is expected to be able to serve as a tool to evaluate the effect of bridge backwater.

흐름단면(斷面)이 급변화(急變化)하는 개수로(開水路)의 순환현상(循環現象)을 깊이에 대하여 적분(積分)한 2차원(次元) Navier Stockes 연속방정식(方程式)을 Galerkin 형(型) 유한요소법(有限要素法)을 이용(利用)하여 수치적(數値的)으로 해석하였다. 1차원구형수로(次元矩形水路)의 수치해석(數値解析)에서 implicit 방법(方法)과 explicit 방법(方法)을 적용(適用)한 결과(結果) 수치해(數値解)는 정확해(正確解)와 잘 맞았으며, 확대부(擴大部)가 있는 개수로(開水路)에서는 수치실험(數値實驗)에 의해 예상(豫想)된 흐름 상태(狀態)가 얻어졌으며 순환(循環)의 중심(中心)은 기하학적(幾何學的) 중심(中心)과 일치하였으나 유속(流速)의 크기는 작게 나타나 개선(改善)이 요망된다. 교각(橋脚) 등(等)의 장애물(障碍物)이 있는 수로(水路)에서 수치모형(數値模型)에 의해 계산(計算)한 수면곡선(水面曲線)은 수리모형실험결과(水理模型實驗結果)와 근사(近似)하게 나타나 배수영향(背水影響)을 해석할 수 있는 수단(手段)으로서 개발가능성을 제시하는 것으로 판단된다.