개수로유동

1 개수로유동(open-channel flow)

 1) 개요

   - 유체의 자유표면이 대기와 접하며 흐르는 유동
     * 대기에 노출된 수로내의 유동 또는 일부분만 채워진 도관 내의 액체 유동을 의미
   - 관개시스템(irrigation system), 하수관(sewer lines), 배수도랑(drainage ditches), 홈통(gutters)등이 있음
 2) 개수로유동의 특징
   - 개수로유동의 속도
     * 개수로에서 유속은 점착조건 때문에 측면과 바닥면에서 0 이다.
     * 대칭 형상인 경우 자유표면의 중간면에서 최대가 된다.
   - 개수로유동의 임계레이놀즈
     * 층류유동 : Re <= 500
     * 천이유동 : 500 < Re < 2000
     * 난류유동 : Re >= 2000
     * 개수로유동의 레이놀즈수는 일반적으로 50,000 보다 크다. 즉 유동은 일반적으로 거의 난류이다.

* Rh : 수력반경

 

2 최적 수력 단면(수력반경)
 1) 최적수력단면의 정의
   - 최대 수력반경을 가지거나, 지정된 단면적에 대해 최소 접수둘레를 가지는 단면.
 2) 최적단면의 예시
   - 지정된 단면적에 대해 최소 접수 둘레외 이에 따른 최소 유동저항을 가지게 되는 파라메터
   - 개수로에서 최적의 수력단면은 반원이다.
   - 직사각형의 수로에서 최적 수력단면은 y=b/2
   - 사다리꼴 수로에서 최적 수력단면은 정육각형의 반

3 비에너지와 임계깊이
 1) 비에너지
   - 개수로에서 액체의 압력과 동역학적 수두의 합
     * 수로바닥면에서 에너지선까지의 높이
     * 개수로 내의 액체의 비에너지는 수로바닥에 대한 상대적인 물리적 에너지이다.

 

   - 비에너지의 분포
     * 비에너지는 최소값 Es min 에 도달하게 되는데 이를 임계점이라 부르고 임계깊이, 임계속도로 규정된다.

 2) 임계깊이
   - 비에너지가 최소가 되는 위치
 3) 수력도약
   - 유체의 흐름속도가 감소할때 수면이 상승하는 현상