과부하 맨홀의 손실계수 산정식 :Head loss coefficient formula at surcharged manhole

조준범

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조준범 (경기대학교, 경기대학교 대학원)

지도교수: 윤세의

발행연도: 2018

저작권: 경기대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2018

과부하 맨홀의 손실계수 산정식

조준범 토목공학과 2018.01 학위논문

2017

과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서의 손실계수 특성분석

조준범 , 김정수 , 임창수 외 1명 대한토목학회 학술대회 2017.10 학술대회자료

유입유량 변화를 고려한 과부하 4방향 사각형 합류맨홀에서의 손실계수 산정식 개발

조준범 , 김정수 , 윤세의 한국수자원학회논문집 2017.01 학술저널

4방향 사각형 합류맨홀에서의 손실계수 변화분석

조준범 , 윤세의 한국수자원학회 학술발표회 2017.01 학술대회자료

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도시의 팽창 및 과밀화는 배수시스템의 복잡하고 조밀한 관거시설을 구축하게 되며, 국지성 집중호우 및 설계빈도를 상회하는 강우와 맞물려 발생하는 과부하 흐름은 다양한 국부적인 에너지 손실을 유발한다. 특히 과부하 맨홀에서 발생하는 에너지 손실은 우수관망의 배수능력을 저하시켜 도심지에서 나타나는 도시홍수를 더욱 빈번하게 발생시키고 그 피해를 가중시키는 주요 원인이 된다. 과부하 맨홀에서 발생하는 에너지 손실에 대한 기존 연구들은 문제가 발생한 특정 맨홀에서의 제한된 조건에서 수행되어 실제 도심지 맨홀에 적용하기에 한계가 있다. 따라서 다양한 흐름 및 접합 조건이 반영된 손실계수에 관한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 침수취약지역인 도림천 유역의 하수관망 GIS 자료 및 문헌조사를 통해 수리실험 조건을 선정하고 수치모의를 수행하여 다양한 맨홀형상에 따른 맨홀 내부 흐름특성을 분석하였으며, 분석 결과를 활용하여 과부하 맨홀에서의 흐름을 개선하고 에너지 손실을 저감시키는 인버트 형상을 제시하였다. 또한, 수리모형 실험을 수행하여 과부하 맨홀의 다양한 흐름 변화(중간맨홀, 90° 접합맨홀, 3 방향(T형) 합류맨홀 및 4 방향 합류맨홀) 및 인버트 조건에서 발생하는 손실계수를 산정하였다. 산정된 손실계수를 활용하여 유입유량 조건 변화를 고려한 손실계수의 분포도를 도시하였으며, 인버트 유무에 따라 사각형 맨홀에서는 평균 17 %, 원형 맨홀에서 평균 23 %의 에너지 손실이 저감되는 것을 확인하였다. 또한, 산정된 손실계수를 기초자료로 회귀분석을 수행하여 과부하 맨홀의 다양한 흐름 조건에서 적용할 수 있는 손실계수 산정식을 제시하였다. 본 연구에서 제시된 손실계수 산정식은 맨홀형상(사각형/원형) 및 인버트 유무에 따른 모든 유입유량비 변화를 반영할 수 있으므로, 유입관과 유입유량이 변화하는 과부하 맨홀을 다수 포함하고 있는 도시지역 배수시스템의 침수해석이나 우수 관거 시설의 배수능력 평가에 활용할 수 있다고 판단된다.

Urban expansion and overcrowding have resulted in the construction of complex and dense piping in drainage systems. In this situation, surcharged flows due to concentrated heavy rains and precipitation exceeding design frequencies can cause various localized energy losses. In particular, the energy loss occurring at surcharged manholes is a key cause of the reduced drainage capability of sewer networks, increased frequency of urban flooding, and subsequent damage. Previous studies of energy losses at surcharged manholes have been conducted under restricted conditions, and thus, they have limited urban applications. Therefore, head loss coefficients need to be studied in consideration of various flows and joint conditions. This study analyzed the internal flow characteristics of various types of manholes in the flood-prone Dorimcheon area by conducting numerical simulations and determining hydraulic experiment conditions through GIS data of sewer networks and relevant literature reviews. The results were used to propose an improved invert-type having improved flow and reduced energy loss. In addition, a hydraulic model experiment was conducted to calculate the head loss coefficients that occur under invert installation conditions and to verify the various manhole flow changes (straight, 90° junction, 3-way (T-shaped) combining, and 4-way combining). The calculated head loss coefficients were used to display a head loss coefficient range diagram considering the conditional changes in inflow rate. In addition, depending on the presence of inverts, average energy loss reductions of 17 % and 23 % were observed in square and round manholes, respectively. Moreover, a regression analysis was performed based on the calculated head loss coefficients, and accordingly, an empirical formula that can be applied to various flow conditions was proposed. The proposed head loss coefficient equation considers all changes in the inflow to discharge ratio depending on the manhole geometry (square/round) and presence of inverts. Thus, it is considered useful for inundation analysis of drainage systems in urban areas with numerous overloaded manholes as well as for the evaluation of drainage capability in sewer piping.

#과부하 맨홀 #손실계수 산정식 #유입유량비 #인버트

제 1 장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 목적 1
1.2 연구동향 3
1.3 연구내용 및 방법 7
제 2 장 기본이론 및 현황조사 8
2.1 FLUENT 모형 8
2.2 과부하 맨홀의 손실계수 9
2.3 도림천 유역 맨홀 현황 11
제 3 장 수치모의를 이용한 맨홀 흐름특성 분석 14
3.1 수치모형 구성 15
3.2 수치모의 결과 20
3.2.1 무인버트 맨홀 20
3.2.2 인버트 맨홀 23
3.3 적용성 분석 27
제 4 장 과부하 맨홀 손실계수 산정 수리실험 30
4.1 수리모형 구성 30
4.2 수리실험 결과 38
4.2.1 무인버트 맨홀 38
4.2.2 인버트 맨홀 42
4.4 손실계수 산정식 46
제 5 장 비교 및 고찰 49
5.1 맨홀형상에 따른 손실계수 49
5.2 인버트 유무에 따른 손실계수 53
제 6 장 결 론 59
참고문헌 61
Abstract 65

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