• 굴곡 흐름에서의 전단 분산(shear dispersion)이 용질 혼합(solute mixing)에 미치는 영향을 정량화함 • 준-3차원(quasi-3D) LPT 모델을 2차원(2D) 유동 시뮬레이션과 결합하여 용질 수송(solute transport)을 시뮬레이션함 • 채널의 굴곡도(sinuosity)가 용질 체류 시간(residence times)에 대해 유의미한 영향을 미침 • 이차 흐름(secondary flows)이 고(高) 굴곡도 채널에서의 체류 시간 분포(residence time distributions)를 지배함 하천의 강곡(河曲)은 난류 확산(turbulent diffusion), 종방향 전단 분산(longitudinal shear dispersion), 횡방향 전단 분산(transverse shear dispersion)을 통해 용질 체류 시간 분포(RTDs, residence time distributions)를 좌우하는 복잡한 3차원(3D) 유동을 유발한다. 그러나 채널의 굴곡도(sinuosity)가 달라질 때 용질 혼합에 대한 이들의 개별 기여도는 충분히 정량화되지 못한 상태이다. 본 연구는 준-3차원 라그랑지안 입자 추적(quasi-3D Lagrangian particle-tracking) 모델을 사용하여 광범위한 굴곡도 범위에서 종방향 및 횡방향 전단 분산의 상대적 중요도를 정량화함으로써 용질 수송을 시뮬레이션하였다. 그 결과, 향상된 속도 전단과 이차 흐름의 발달이 분산을 촉진하여 용질 체류 시간은 굴곡도와 함께 증가하는 것으로 나타났다. 굴곡도 2.0 미만에서는 종방향 전단 분산이 용질 수송을 지배하지만, 굴곡도가 더 큰 영역에서는 그 지배가 횡방향 전단 분산으로 전환된다. 굴곡도 3.7에서는 RTDs에 대한 횡방향 전단 분산의 상대적 기여가 종방향 전단 분산의 값보다 2배이다. 이러한 결과는 곡률(curvature)에 의해 유도되는 흐름이 하천 혼합(river mixing)에 대해 상당한 제어력을 갖는다는 점을 규명한다.

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