Kyoungsik Chang1, George Constantinescu2 1울산대학교 기계공학부, 울산, 대한민국 2IIHR–Hydroscience and Engineering 및 토목·환경공학과, 아이오와대학교, 아이오와주, 미국 3차원 수치 시뮬레이션을 이용하여, 장시간 경사면을 따라 전파되며 작은 각도로 자유수면에 도달하는 평면(planar), 부시네스크(Boussinesq) 조성(compositional) 중력류의 형성, 진화 및 퇴적물 침투(entrainment) 능력을 조사하였다. 중력류의 발생은 자유수면 총 열유속(total heat flux)의 일주기적(periodic) 변동과 연관된 표면 냉각에 의해 구동된다. 자유수면을 따라 생성되는 더 차가운 유체의 열대류 플룸(thermal convective plumes)은 전파 초기 단계에서 중력류에 대한 부력의 원천으로 작용한다. 사인(sinusoidal) 열유속의 크기와 바닥 경사의 서로 다른 조건에서 수행한 시뮬레이션 결과, 중력류 헤드(head)는 0.25–0.4T 이후에 형성되는 것으로 나타났으며(여기서 T는 진동하는 열유속의 주기이고, 시간 간격은 열유속이 음(negative)이 되는 시점부터 측정된다), 중력류의 총 부력이 최대에 도달하는 시간 간격은 바닥 경사가 낮고 열유속 크기가 낮은 경우에서 가장 크다. 모든 경우에서 중력류는 0.5–0.7T 이후에 전면(front) 속도가 거의 일정해지는 상태에 도달한다. 바닥 전단응력(bed shear stress) 분포를 분석한 결과, 최대 바닥 전단응력은 일반적으로 중력류 헤드 아래에서 발생하지 않았으며, 경사 바닥면에서 침투되는 퇴적물의 총 유속(total flux)에 가장 크게 기여하는 것은 꼬리(tail) 하류부의 침투였다. 중력류 내부의 빠른 유체 외에도, 열대류 플룸과 경사면의 상호작용은 에너지 있는 와류성 소용돌이 와류(energetic vortical eddies) 및 순환(circulatory) 운동을 생성하여 바닥 전단응력의 증폭에 추가로 기여한다. 중력류의 퇴적물 침투 능력은 중력류가 거의 일정한 전면 속도 영역으로 진입한 뒤 0.25–0.3T에서 최대가 된다. 바닥에서 침투되는 퇴적물 유속은 바닥 경사와 열유속 크기 모두에 따라 증가하지만, 열유속 크기를 변화시킬 때 증가율은 훨씬 더 크게 나타났다.

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