개수로 다열기둥에 대한 상당저항계수의 측정

Abstract

개수로 난류흐름내 잠기지 않는 저항체들이 에너지 손실에 미치는 영향을 수리실험을 통해 연구하였다. 개수로의 잠기지 않는 구조물이나 식생을 연구하기 위하여 정방형 다열기둥을 실험에 사용하였다. 실험수로에 흐름방향 다열기둥을 횡방향으로 1열 및 2열로 배치하고 평균적 등류수위를 유지하여 일련의 유량과 수로경사를 조건으로 실험을 수행하고 측정하였다. 실험결과를 Manning공식에 적용하여 바닥마찰과 기둥의 형상저항에 의한 흐름저항 및 에너지손실을 표현하는 상당저항계수 값을 등류수심과 기둥의 이격거리를 변화시키며 산정하였다. 그리고 실험을 통해 산정된 값과 항력상호작용계수를 포함하는 운동량방정식으로부터 유도된 상당저항계수의 이론식과 비교하였다. 이론식과 실험치의 비교로부터 기둥에 의한 흐름저항의 상호작용이 수로전체의 에너지손실에 미치는 영향이 매우 중요함을 알 수 있었다. 그리고 기둥폭에 대한 기둥이격거리가 약 2.2배 이하 일 때 값이 감소하며, 항력상호작용계수가 기둥이격거리에 지배적으로 의존한다는 사실로 부터 이론식에 나타난 값이 등류수심에 2/3승으로 증가함이 유효함을 알 수 있었다.

The influence of unsubmerged resistance bodies in a channel turbulence flow on energy loss was investigated by hydraulic experiments. Square-shaped multi-piers were used for unsubmerged structure or rigid vegetation in an open channel. In experimental channel flows multi-piers were arranged in double or single row along the channel direction, and mean-concept uniform elevations were attained and measured with a set of discharges and channel slopes. Applying the experimental results to the Manning equation, the equivalent resistance coefficient 12, which implicates flow resistance and energy loss due to bottom friction as well as drag, was evaluated with varying the interval of piers and the uniform water depth. And the experimentally evaluated 12 values were compared with the semi-theoretical formula of the equivalent resistance coefficient derived from momentum analysis including a drag interaction coefficient. From the comparisons it was found that the interaction effect of piers on flow resistance was significant for the overall energy losses in a channel flow. The 12 values decrease when the interval of piers in flow-direction is less than about 2.2 times of the pier width. And it was also found that the 12 values increase with the 2/3 power of water depth in the theoretical formula, since the drag interaction coefficient was found to be mostly dependent on the interval of piers.