• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.23-60
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• 2016

The major objective of this study was to develop further understanding of 3D nearshore hydrodynamics under a variety of wave and tidal forcing conditions. The main tool used was a comprehensive 3D numerical model - combining the flow module of Delft3D with the WAVE solver of XBeach - of nearshore hydro- and morphodynamics that can simulate flow, sediment transport, and morphological evolution. Surf-swash zone hydrodynamics were modeled using the 3D Navier-Stokes equations, combined with various turbulence models (${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES). Sediment transport and resulting foreshore profile changes were approximated using different sediment transport relations that consider both bed- and suspended-load transport of non-cohesive sediments. The numerical set-up was tested against field data, with good agreement found. Different numerical experiments under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were run to test the model's capability to reproduce 3D flow, wave propagation, sediment transport and morphodynamics in the nearshore at the field scale. The results were interpreted according to existing understanding of surf and swash zone processes. Our numerical experiments confirm that the angle between the crest line of the approaching wave and the shoreline defines the direction and strength of the longshore current, while the longshore current velocity varies across the nearshore zone. The model simulates the undertow, hydraulic cell and rip-current patterns generated by radiation stresses and longshore variability in wave heights. Numerical results show that a non-uniform seabed is crucial for generation of rip currents in the nearshore (when bed slope is uniform, rips are not generated). Increasing the wave height increases the peaks of eddy viscosity and TKE (turbulent kinetic energy), while increasing the tidal amplitude reduces these peaks. Wave and tide interaction has most striking effects on the foreshore profile with the formation of the intertidal bar. High values of eddy viscosity, TKE and wave set-up are spread offshore for coarser grain sizes. Beach profile steepness modifies the nearshore circulation pattern, significantly enhancing the vertical component of the flow. The local recirculation within the longshore current in the inshore region causes a transient offshore shift and strengthening of the longshore current. Overall, the analysis shows that, with reasonable hypotheses, it is possible to simulate the nearshore hydrodynamics subjected to oceanic forcing, consistent with existing understanding of this area. Part II of this work presents 3D nearshore morphodynamics induced by the tides and waves.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.291-299
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• 2010

본 연구에서는 열의 수가 세 개인 원형관 및 종횡비가 고려된 납작관-평판휜 형상의 밀집형 열교환기 내 공기의 유동 및 열전달 특성을 RNG $k-{\varepsilon}$ 난류모델을 적용하여 수치적으로 해석하였다. 수치조건의 범위는 원형관인 경우 1,000<$Re_D_h$<10,000이며, 납작관인 경우 1,000<$Re_{D_h}$<10,000 및 3.06$f\;=\;CRe^m_{D_h}$의 형태로, Colburn j 계수는 $j\;=\;CRe^m_{D_h}$ 형태로 상관관계식을 제시하였다. 이러한 상관관계식은 향후 원형관 및 납작관-평판휜 형상의 열교환기 설계시에 기본적인 자료로 충분히 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.201-213
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• 2017

물이 포함된 원유는 oil separator 를 거쳐 물이 제거된다. 본 연구의 목적은 공기-물-기름 3상 혼합물에 대한 3차원 oil separator 의 분리성능을 예측하기 위하여 Eulerian 전산유체역학(CFD: computational fluid dynamics) 모델을 개발하는 것이다. 비압축성, 등온, 비정상상태 CFD 모델식은 공기상을 연속상으로, 물과 기름상을 분산상으로 정의하며, 운동량 보존식은 항력(drag force), 양력(lift force), 다공성매체 저항력을 포함한다. 또한, 난류현상으로 standard k-${\varepsilon}$ 모델이 이용된다. 물과 기름 출구압은 oil separator 의 액위를 결정하는 중요한 인자이며, 정상운전상태 액위 25 cm를 맞추기 위하여 측정압은 각각 6.3 kPa, 5.1 kPa으로 결정되었다. 시간에 따른 공기, 물, 기름의 부피분율의 변화를 조사하였고, 정상상태에 도달하였을 때, 물과 기름상의 침강속도를 oil separator의 종축 길이에 따라 분석하였다. 본 연구에서 제시된 CFD 모델로부터 얻은 oil separator의 기름분리성능은 99.85%이며, 실험값과 거의 일치하였다. 비교적 단순한이 CFD 모델은향후 oil separator의구조를 변경하거나, 최적운전조건을 찾기위하여 유용하게사용될수있을 것이다.

• 대한조선학회논문집
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• 제50권4호
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• pp.232-239
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• 2013

This paper provides the structure of a Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) based simulation method and its validation results for the ship motion problem. The motion information of the hull computed from the equations of motion is considered in the momentum equations as the relative fluid motions with respect to a non-inertial coordinates system. A finite volume method is used to solve the governing equations, while the free surface is captured by using a two-phase level-set method and the realizable k-${\varepsilon}$ model is used for turbulence closure. For the validation of the present numerical approach, the numerical results of the resistance and motion tests for DTMB 5415 at two ship speeds are compared against available experimental data.

• Wind and Structures
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• 제20권4호
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• pp.579-607
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• 2015

A Combination Random Flow Generation (CRFG) technique for obtaining the fluctuating inflow boundary conditions for Large Eddy Simulation (LES) is proposed. The CRFG technique was developed by combining the typical RFG technique with a novel calculation of k and ${\varepsilon}$ to estimate the length- and time-scales (l, ${\tau}$) of the target fluctuating turbulence field used as the inflow boundary conditions. Through comparatively analyzing the CRFG technique and other existing numerical/experimental results, the CRFG technique was verified for the generation of turbulent wind velocity fields with prescribed turbulent statistics. Using the turbulent velocity fluctuations generated by the CRFG technique, a series of LESs were conducted to investigate the wind flow around S-, R-, L- and U-shaped building models. As the pressures of the models were also measured in wind tunnel tests, the validity of the LES, and the effectiveness of the inflow boundary generated by the CRFG techniques were evaluated through comparing the simulation results to the wind tunnel measurements. The comparison showed that the LES accurately and reliably simulates the wind-induced pressure distributions on the building surfaces, which indirectly validates the CRFG technique in generating realistic fluctuating wind velocities for use in the LES. In addition to the pressure distribution, the LES results were investigated in terms of wind velocity profiles around the building models to reveal the wind flow dynamics around bluff bodies. The LES results quantitatively showed the decay of the bluff body influence when the flow moves away from the building model.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제30권6호
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• pp.111-117
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• 2016

본 연구는 스프링클러 헤드 근처에서 형성되는 액막의 자유표면 유동에 대해 CFD 모델을 적용하여 해석하고 스프링클러의 초기분무 특성 예측을 위한 기존 이론식의 결과와 비교를 통해 이론 모델의 타당성을 검토하였다. CFD 해석은 상용 해석프로그램인 CFX 14.0을 이용하였으며 노즐과 디플렉터로 이루어진 단순형상에 대해 표준난류모델과 VOF법을 적용하여 해석을 수행하였다. 평판부의 디플렉터 끝단에서 속도분포는 CFD 해석과 경험식이 매우 잘 일치된 결과를 보였으나 기하학적 형상이 복잡한 부분에서는 속도분포의 차이를 보였다. 이론모델에서 예측된 평균액적크기는 실제 스프링클러 헤드에서 측정된 평균액적크기에 대한 이전 연구결과와 큰 차이를 보였다. 그러나 이론 모델은 스프링클러 헤드의 초기 액적형성과정의 메커니즘을 이해하고 실험적 접근이 용이하지 않은 상황에서 분무 액적의 특성을 예측하는데 유동한 도구로 활용될 수 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.24-32
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• 2004

The effects of guide vanes and tip clearances on the characteristics nf axial flow fans are investigated both computationally and experimentally. Performance test of fans carried out in full scale shows considerable effects of tip clearance between rotor tip and duct on the characteristics of fans. The tested results are compared with the computation based on the finite volume method to solve the Navier-Stoke equations with $textsc{k}$-$\varepsilon$ turbulence model. The comparison shows good agreements between experimental and computational results. In addition, the effects of shape of guide vanes are numerically studied. The results show that increased volume of separated region around the guide vane reduces the recovery of tangential component of kinetic energy in the wake, resulting in loss of efficiency

• 한국식품저장유통학회지
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• 제17권1호
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• pp.16-22
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• 2010

농산물 저온저장고 내부의 온도분포 균일화를 수치해석적으로 분석하기 위해 3차원 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. CFD 시뮬레이션 모델은 속도벡터 및 온도분포 측정치와 비교를 통해 검증하였으며, 온도분포 균일화 향상을 위한 적정 팬용량 및 적재방법을 설정하기 위해 몇 가지 팬풍속 및 저장물과 벽체간의 거리 등에 대해 기류패턴과 온도 분포를 분석하였다. CFD 시뮬레이션의 검증에서 속도벡터 분포는 PIV시스템에 의한 측정치와 비교했을 때 표준 k-$\varepsilon$모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 24.5%로 나타났고, RSM 모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 16.7%로 나타나 RSM 난류모델의 예측 정밀도가 더 높은 것으로 나타났다. 온도분포 검증 결과 실측치와 측정치의 R. M. S. 값은 농산물 무적재 상태에서 $0.33^{\circ}C$, 농산물 적재 상태에서는 $0.28^{\circ}C$로 나타났으며 예측값과 측정값의 온도분포 경향은 잘 일치하는 것으로 나타났다. 검증된 시뮬레이션 모델을 이용하여 $6{\times}10$열 2단 팔레트에 농산물이 적재되고 냉각용 송풍팬이 2개인 저온저장고에 대해 송풍팬의 풍량 및 저장물과 벽체와의 간격 변화의 영향을 분석한 결과, 저장물과 벽체와의 거리는 300 mm 이상, 송풍량은 300 CMM 이상에서 저장고 내의 공기 온도차는 $1^{\circ}C$이내로 유지되며 팔레트 사이에 간격을 둔 경우 온도분포의 균일성이 향상되는 것으로 나타났다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권4호
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• pp.353-362
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• 2000

축류형 혈액펌프에서 발생하는 용혈이 이 펌프의 성공여부를 결정짓는 주요한 요인의 하나이다. 지금까지는 용혈을 알아내기 위해서는 in-vitro 적인 실험에 의하여 용혈량을 추정하였으나, 수치유체해석에 의한 용혈량의 추정이 가능하다고 생각된다. 따라서, 본 연구에서는 다양한 형태의 임펠러에 대하여, 난류모델은 k-$\varepsilon$모델을 사용하여 3차원 수치유체역학 해석을 시도하였다. 수치유체해석에 있어서는 펌프 유입측에 입자를 흘려 넣어 이 입자가 매일 10ms마다 받는 난류에너지를 구하여 전단응력으로 환산하였다. 해석결과 전단응력은 주로 임펠러의 후방에서 나타나는 것을 알 수 있었다. 수치유체해석결과의 신뢰성을 확인하기 위하여 임펠러의 in-vitro 실험에 의한 용혈시험 결과를 비교하였으나, 양자 사이에 상관도는 높은 것을 알 수 있었다. 상기한바와 같이 유체 해석에 의한 용혈 예측은 물론 용혈이 발생하는 주요 부위의 예측이 가능함을 시사하고 있어, 축류형 혈액펌프 개발시 용혈 특성 개선을 위한 설계도구로써의 유용함을 확인하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.113-119
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• 2017

An investigation on aerodynamic performance of a highly-loaded axial fan has been conducted to find the effects of tip injection and casing groove on aerodynamic performance in this study. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\varepsilon}$ turbulence model were used to analyze the fluid flow in the fan with Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis. The hexahedral grid was used to construct computational domain, and the grid dependency test drew the optimal grid system. FSI analysis was also carried out to predict the deformation of rotor and stator blades, and the effect of deformation on the aerodynamic performance of axial fan was analyzed compared to the performance predicted without FSI analysis.