난류와 관련된 수리학 분야의 최신 연구 내용 소개

과거에는 난류에 관한 유체역학적 지식이 없어도 수리학이라는 학문을 할 수 있었다. 예를 들어, Manning의 조도계수만 가지고도 개수로 흐름의 평균유속, 유량, 하상전단응력 등을 합리적으로 설명할 수 있었다. 그러나 이제는 개수로 흐름에서 중력과 하상전단응력에 의한 평형에서 오는 수직방향 운동량 전달과 관련된 레이놀즈응력을 포함하는 심오한 메커니즘이 있다는 것을 알 필요가 생겼다. 다시 말해, 이제 개수로 수리학, 유사이송, 환경수리학, 그리고 식생수리학 등의 난제를 해결하기 위해서는 흐름의 구조 및 이에 따른 물질의 전달과정을 소상히 알 필요가 생겼고 그러기 위해서는 난류에 대한 이해가 우선되어야 한다.

이 책의 집필목적은 난류와 관련된 수리학 분야의 최신 연구 내용을 소개함으로써 국내 연구자의 국제경쟁력을 제고하는 데 있다. ‘난류수리학’의 구성은 다음과 같다. 그동안의 경험을 바탕으로 수리학 연구에 필요한 난류 이론의 기초적인 내용 (1장)을 정리하였다. 난류는 이론을 바탕으로 계산 (2장)과 측정 (3장)이 수반되어야 한다. 과거 계산유체역학이 지금처럼 발달하지 않았을 적에는 난류측정이 계산보다 우선이었다. 그러나 난류측정을 위하여 지금도 고가의 장비와 숙련된 기술이 필요하므로 비교적 간단하게 경험할 수 있는 계산 부분을 앞에 두었다.
그리고 이동상 수리학 분야의 핵심이라고 할 수 있는 유사이송 (4장)을 다루었다. 유사이송은 우리나라 하천의 특성상 그동안 중요하게 다루어지지 않았는데, 근래 들어 무분별하게 하천개발이 이루어져 이제야 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 다음으로 응용편에 해당하는 중력류 (5장), 국부세굴 (6장), 그리고 식생수리학 (7장)을 소개하였다.

난류의 가장 기본적인 역할은 확산이다. 수체에서 운동량, 물질, 그리고 열 등을 확산시켜 분포를 고르게 만든다. 바라기는 ‘난류수리학’이 마중물이 되어 지하 대수층의 물줄기를 끌어올리고, 그 영향이 국내 연구자들에게 확산되어 수리학 분야 연구를 국제적으로 선도할 수 있게 되길 기대해 본다.

01 난류의 기본 이론
1.1 Navier-Stokes 방정식
1.2 Reynolds 방정식
1.3 난류 기본 이론

02 난류모델링
2.1 난류 수치해석 방법
2.2 0－방정식 난류모형
2.3 1－방정식 난류모형
2.4 2－방정식 난류모형
2.5 레이놀즈응력 모형

03 난류 측정
3.1 난류 측정 개요
3.2 유속 측정 장비
3.3 열선 및 열판 유속계
3.4 레이저 도플러 유속계
3.5 영상 유속계 96
3.6 난류 특성의 산정 105
3.7 장래의 난류 측정

04 유사이송
4.1 유사 입자의 기본 성질
4.2 하천의 하상형상과 흐름저항
4.3 하상토의 초기 거동
4.4 총유사량
4.5 소류사
4.6 부유사
4.7 저수지 퇴사

05 중력류 (Gravity Currents)
5.1 서 론
5.2 자연환경에서의 중력류
5.3 중력류의 해석적 연구
5.4 중력류의 실험 연구
5.5 중력류의 수치해석 연구
5.6 맺음말

06 국부세굴 (Local Scour)
6.1 침식 및 세굴
6.2 교각주위 국부세굴
6.3 교대주위 국부세굴

07 식생수리학 (Vegetation Hydraulics)
7.1 개 론
7.2 평균흐름 및 난류구조
7.3 정수식생 흐름에서의 확산
7.4 식생흐름에서의 유사이송
7.5 식생흐름 모델링