Analysis of Discharge Capacity for Intake Structure at Deep Underground Storm Water Tunnel Using Fluent Model

Kim, So Young; Kim, Jung Soo; Yoon, Sei Eui

Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation 2014;14(2):255-266.
Published online April 30, 2014.

Fluent 모형을 이용한 대심도 배수터널 유입부의 통수능력 분석

김소영, 김정수, 윤세의

Analysis of Discharge Capacity for Intake Structure at Deep Underground Storm Water Tunnel Using Fluent Model

So Young Kim, Jung Soo Kim, Sei Eui Yoon

Abstract

Recently, the deep underground storm water tunnel for inundation reduction has been designed and constructed in urban areas. However, practical studies considering characteristics of domestic urban areas are insufficient. Especially, flow pattern and drainage capacity of intake structures are influenced by intake types of a drop shaft. Therefore, it is necessary to analyse flow characteristics and discharge capacity of the intake structure with change of intake types. The computational fluid dynamics (CFD) model, Fluent 6.3, was applied to investigate the flow characteristics of the drop shaft structure for various of intake types (scroll, spiral, and tangential). The Fluent model was carefully assessed by comparing simulated results with the experiment, and there was good agreement between them. The numerical simulation was carried out according to change in intake types and inlet slopes. The simulated results were showed that spiral and tangential-inlet were stably drained the rate of inflow into the drop shaft. However, the tangential-inlet was showed steady discharge capacity at intake regardless of variation of inlet slopes compared with the spiral-inlet. Therefore, the tangential-inlet was appropriate as inlet of the deep underground storm water tunnel that be able to install on narrowish underground space of urban areas.

Key Words: Intake structure; Drop shaft structure; Deep underground storm water tunnel; Fluent model

요지

최근 도심지역의 내수침수로 인한 침수피해를 저감시킬 수 있는 방안으로 대심도 배수터널의 설계 및 시공을 실시하고 있으나, 국내도시유역의 특성을 반영한 설계 및 시공기술에 관한 연구가 부족하다. 특히 유입유량의 흐름형상과 배제효율을 결정하는 낙차공의 중요 구조인 유입부에 대한 연구결과가 미흡한 실정이다. 그러므로 유입부의 형태 변화에 따른 흐름특성 및 통수능력의 분석 연구가 필요하다. 본 연구에서 3차원 수치모형인 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 배수터널 유입부 형태 변화에 따른 흐름특성을 비교 및 분석하였다. 또한 실험결과와 수치모의 결과를 비교 및 분석하여 유입부의 흐름특성 분석에 Fluent 6.3 모형의 적용성을 확인하였다. 유입부의 형태 변화(소용돌이형, 나선식, 접선식) 및 유입구의 경사 증가에 따른 흐름특성 분석 결과 유량배제효율은 접선식 유입부와 나선식 유입부가 거의 비슷하게 모의되었으나, 접선식 유입부가 나선식 유입부 보다 유입구의 경사 변화에 관계없이 안정적인 유입부의 통수능력을 나타내고 있다. 그러므로 국내 도시유역의 협소한 지하공간을 고려한 대심도 배수터널 유입부로는 접선식 유입부가 적합하다고 판단된다.

핵심용어: 유입부; 낙차공; 대심도 배수터널; Fluent 모형