Fluent 모형을 이용한 도로에서의 흐름 해석

• 영문명: Flow Analysis on Road using Fluent Model
• 발행기관: 한국방재학회
• 저자명: 김정수(Kim Jung Soo) 이민성(Lee Min Sung) 이성호(Lee Sung Ho)
• 간행물 정보: 『3. 한국방재학회 학술대회논문집』2018년, 389~389쪽, 전체 1쪽
• 주제분류: 공학 > 기타공학
• 파일형태: PDF
• 발행일자: 2018.02.27

국문 초록

도시 배수유역에서 빗물은 도로를 통해 이동하고 도로 배수시설에 의해 배수된다. 도로 배수시설은 측구, 도수로, 집수정, 배수관, 배수암거와 도시계획도로에 설치되는 빗물받이, 맨홀 등으로 구성된다. 도로의 배수시설은 도로면의 안전을 확보하기 위한 목적뿐만 아니라 도로 이외의 지역에 흐르는 유출수의 배수를 위한 기능도 포함되어 있다. 그러나 도로변에 설치되어 있는 빗물받이 등과 같은 하수도 시설에서 빗물이 원활하게 배수지 않아 노면수가 정체되고, 이 노면수가 인근 주택가로 유입되어 침수피해를 가중시키고 있다(Kim et al, 2006). 또한 도심지 도로구역의 증가는 도로의 수로화를 야기하여 국지성 집중호우나 일반적인 강우에서도 도로지역과 저지대의 침수 및 지하철과 같은 지하공간으로의 침수피해를 유발하거나 가중시키고 있다. 특히, 집중호우 발생 시도로 측구부에 설치되는 빗물받이의 배수능력 부족으로 인해 도로의 노면과 교차로 및 유출량이 집중되는 저지대 또는 교차로에 정체 노면수가 형성되어 교통의 통행 저하 및 시민의 불편함을 야기하며, 설치된 도로 측구부 빗물받이에서 원활한 배수가 이루어지지 않고 역류하여 내수 침수가 빈번하게 발생한다. 국내에서는 도로 빗물받이유입부의 차집효율에 대한 기초적인 연구만 진행되고 있어 국내 도시지역에서 도로 배수시설의 설계 시 활용할 수 있는 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 도로 표면 흐름해석 및 빗물받이 유입부에서의 흐름개선에 관한 구체적인 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 도로 표면흐름 분석 및 빗물받이 유입부에서의 상세한 흐름해석을 실시하여 통수능력을 분석하고 수리실험의 물리적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 Fluent 모형(ANSYS Workbench 13.0)을 이용한 도로 및 빗물받이 유입부에서의 흐름특성 분석을 수행하여 모형의 적용성을 검토하였다. 유입부 구조물의 격자망은 사면체와 다면체 격자 형태로 조밀하게 구성하였으며, 다상유동을 위해 VOF(Volume of Fluid)방법을 적용하였다. 수치해석 방법으로는 비정상류, 난류모형으로는 standard κ-ε모형을 적용하였다. 수치모의 조건은 도로 형상에 따른 우수유출량을 비교 및 분석하기 위하여 횡경사는 2%로 고정시키고 종경사를 2, 10%로 선정하여 도로 전반에 걸친 3차원 흐름형태를 확인하고 측구부 빗물받이 부분의 흐름 및 차집유량을 모의하였다. 이를 수리실험 결과와 비교 분석하여 모형의 적용성을 확인하였으며, 수치모의 결과 동일조건일 때 빗물받이 유입구에서의 차집효율이 유사하게 모의되는 것을 확인하였다. 또한, 도로의 조건 변화에 따른 흐름 폭이 감소하는 경우에도 차집율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 도로 및 빗물받이 유입부에서의 유속, 물의 튐 현상 및 튐 유속의 모의가 가능하므로 빗물받이 유입부에서의 보다 정확한 흐름 해석이 가능한 것을 확인하였으며, 모의된 결과를 수리실험 결과에 반영하여 빗물받이 유입부에서 보다 적정한 배수능력 분석이 가능할 것으로 판단된다.

키워드

빗물받이 유입구 Fluent 모형 도로 배수시설