The Journal of the Korea Contents Association (한국콘텐츠학회논문지)

The Korea Contents Association (한국콘텐츠학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

The Proposal for Friction Velocity Formula at Uniform Flow Channel Using the Entropy Concept

엔트로피 컨셉을 이용한 등류수로 마찰속도식 제안

  • 추태호 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 손희삼 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 윤관선 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 노현석 (부산대학교 사회환경시스템공학부) ;
  • 고현수 (부산대학교 사회환경시스템공학부)
  • Received : 2014.09.30
  • Accepted : 2015.01.15
  • Published : 2015.02.28
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

The friction velocity is a quantity with the dimensions of velocity defined by the friction stress and density of a wall surface at near wall of flow condition. Also, the friction velocity is the hydraulic parameter describing shear force at the bottom flow. Moreover, it is a very important factor in designing open channel and essential to determine the mixing coefficient in the main flow direction. The estimation of the friction velocity are such as methods using channel slope, linear law of the mean velocity at viscous sub-layer and direct measurement of wall shear stress, etc. In the present study, we propose a friction velocity equation that has been optimized by combining the concept of entropy, which is used in stochastic method, and to verify the proposed equation, the experimental data measured by Song was used. The R squared for friction velocities between proposed equation and friction velocity formula analyzed 0.999 to 1.000 in a very good agreement with each equation.

마찰속도란 벽면 가까이의 흐름에서 벽면의 마찰 응력과 밀도로 정의되는 속도의 차원을 갖는 양이다. 또한 마찰속도는 바닥 흐름에서 전단력을 나타내는 수리학적 매개변수이다. 게다가 개수로 설계나 하천, 해안에서 유사 및 물질의 거동을 파악하는데 정확한 마찰속도의 산정이 매우 중요하며 주 흐름방향의 혼합계수를 결정하는데 필수적인 요소이다. 이러한 마찰속도를 산정하는 방법들은 하상경사를 이용하는 방법, 레이놀즈 응력분포를 이용하는 방법, 점성저층에서 평균유속의 선형법칙을 이용하는 방법, 벽 전단 응력의 직접적 측정방법 등이 있다. 본 연구에서는 기존 방법과 달리 확률통계 기법에 사용되는 엔트로피 개념에 접목하여 새로운 마찰속도공식을 제안하였고, 이를 검증하기 위해 Song의 실측 실험데이터를 이용하였다. 제안한 공식과 마찰속도 공식에 의해 산정된 마찰속도의 결정계수는 0.999-1.000로 잘 일치한 것으로 분석되었다.

Keywords

References

  1. 우효섭, 하천수리학, 2002.
  2. G. Gust and J. B. Southard, "Effects of weak bed load on the universal law of the wall," Journal of Geophysical Research, Vol.88, No.C10, pp.5939-5952, 1983. https://doi.org/10.1029/JC088iC10p05939
  3. I. Nezu and H. Nakagawa, "Turbulence in open-channel flows," Journal of Hydraulic Engineering, Vol.120, No.10, pp.1235-1237, 1994. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1994)120:10(1235)
  4. A. Gyr and A. Schmid, "Turbulent flows over smooth erodible sand beds in flumes," Journal of Hydraulic Engineering, Vol.35, No.4, pp.525-544, 1997. https://doi.org/10.1080/00221689709498409
  5. M. Buschmann and J. Meinert, "Power law or logarithmic law for turbulent boundary layers with low Reynolds numbers," Proceedings of the Colloquium Fluid Dynamics, pp.21-28, 1999.
  6. B. R. Pearson, P. A. Krogstad, and W. van de Water, "Measurements of the Turbulent Energy Dissipation Rate," Physics of Fluids, Vol.14, 2002.
  7. W. Szablewski, "Turbulente Drenzs-chichten in Ablosenahe," Z., Angrew. Math., Vol.49, p.215, 1969.
  8. C. L. Chiu, "Entropy and probability concepts in Hydraulics, Journal og Hydraulic Engineering, Vol.113, No.5, pp.583-599, 1987 https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1987)113:5(583)
  9. C. L. Chiu, "Entropy and 2-D velocity distribution in open channels," Journal of Hydraulic Engineering, Vol.114, No.10, pp.738-756, 1988. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1988)114:7(738)
  10. C. L. Chiu, "Velocity distribution in open channel flow," Journal of Hydraulic Engineering, Vol.115, No.5, pp.576-594, 1989. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9429(1989)115:5(576)
  11. 오제승, 김병식, 김형수, 서병하, "홍수량 추정을 위한 유량 산정 기법에 관한 연구", 대한 토목학회 논문집, 제25권, 제3호, pp.207-213, 2005.
  12. 김영성, 양재린, 추태호, 고익환, 김우구, "엔트로피를 이용한 유량측정기법의 국내하천에의 적용", 대한 토목학회 학술발표회 논문집, pp.1535-1538, 2001.
  13. T. C. Song, Velocity and turbulence distribution in non-uniform and unsteady open-channel flow, Doctoral dissertation, Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Switzerland, 1994.
  14. T. H. Choo, H. C. Yoon, and S. J. Lee, "An estimation of discharge using mean velocity derived through Chiu's velocity equation," Journal of Environ Earth Sciences, Vol.69, No.1, pp.247-256, 2013. https://doi.org/10.1007/s12665-012-1952-0
  15. T. H. Choo, H. C. Yoon, and S. J. Maeng, "An element technique development reflecting the entropy concept of the application to smart water grid," Joirnal of Civil Engineering KSCE, Vol.18, No.1, pp.294-303, 2014. https://doi.org/10.1007/s12205-013-1111-5