우수관로 내부 유동장에 관한 수치해석 연구

A Numerical Study on Flow Field in Sewer Pipe

본 논문은 수치해석적 관점에서 우수관거로 유입되는 토사 슬러리 이송ㆍ침전 현상에 대하여 기술하였다. 본 연구에 앞서 우수관거에 내부 흐름에 대하여 유동해석을 실시한 연구사례가 존재한다. 기존 연구들의 경우 관로 내 단일 유체의 흐름을 고려한 해석을 진행하였다. 그러나 본 연구에서는 토사 슬러리를 고려한 2상유동 해석을 진행하였고 관 내부에서의 이송ㆍ침전 경향을 검토할 수 있는 유속과 체적분율의 변화와 퇴적 특성에 대한 연구결과를 도출하고자 하였다. 현행 국내 우수관거 설계에 있어서 관 내 토사 퇴적에 대한 고려 및 이에 대한 연구는 매우 미흡한 상태이다. 따라서 이에 대한 향후 연구 및 설계기준 마련을 위해 뒷받침하는 이론 및 분석적 근거가 필요한 현실이다. 토사 슬러리를 고려한 2상유동의 관측 및 해석의 어려움으로 인해 연구결과가 드물어 해당 부분이 본 연구에서 검토하고자 하는 연구목표이다. 연구를 수행하기 위해 우수관거 내부 유동해석 및 토사를 고려한 관로 설계에 필요한 내용을 검토하였다. 수치해석 연구의 수행결과를 토대로 관로 내부에서의 토사 이송ㆍ침전의 기준이 되는 전단유속과 전단응력을 산정하였다. 관로 내 흐름을 모의하기 위해 난류방정식으로 모델을 이용하고, 우수관로를 대상으로 내부 경계조건을 설정하여 반복 계산하도록 하였다.