• 대한기계학회논문집B
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• 제40권7호
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• pp.441-448
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• 2016

프로펠러에 의한 추력은 유체의 유입 속도와 익의 회전속도에 의해 생성되며 그 성능을 전진비, 추력계수, 동력계수와 같은 무차원수로 나타내고 있다. 이 연구에서 회전체의 성능을 분석하기 위한 수치적 방법으로 STL형식의 회전체 형상을 인식할 수 있는 가상경계법을 적용한 격자볼쯔만법을 제안한다. 이 가상경계법으로 프로펠러의 회전에 의한 유동을 구현하기 위해서 프로펠러의 표면 격자점에서 속도와 유동장의 격자점에서 유속의 차를 이용하여 계산한 체적력을 볼쯔만방정식의 외력항으로 적용하게 된다. 제안한 방법을 검증하기 위하여 4개의 익을 가지고 있는 프로펠러를 이용해 레이놀즈수가 100, 500, 1000이고 전진비가 0.2~1.4일 때 유동해석을 수행하였으며 그 결과로 부터 전형적인 프로펠러의 성능특성을 얻을 수 있었다. 높은 레이놀즈수와 전진비를 갖는 유동에서 해석 안정성을 확보하기 위해서는 익의 표면에 구성한 최대 격자의 크기와 유동장에 구성한 격자 크기의 비가 3 이하로 유지해야 하며 충분히 긴 후류영역을 확보할 필요가 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권11호
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• pp.689-695
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• 2016

연료전지의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요소 중에 하나가 가스확산층과 촉매층에서 물의 거동이다. 따라서 가스확산층의 특성에 따른 유체의 거동의 변화를 이해하는 것은 연료전지의 성능개선과 가스확산층의 설계를 위한 필수적인 요소이다. 이 연구에서는 가스확산층의 설계요소인 기공도, 굴곡도와 유효확산계수를 수치적으로 계산할 수 있는 방법을 제안한다. 제안한 방법의 검증을 위하여 지름이 일정한 구형입자를 이용하여 기공도가 다른 다공체를 만들고 구형입자에 Bounceback 조건을 적용한 격자 볼쯔만법 유동해석을 수행하였다. 다공체 내의 유동효과를 나타내는 투과도는 다공체에 의한 압력강하와 평균유속으로 계산하고, 질량이 없는 입자의 평균 다공체 통과 거리로부터 계산한 굴곡도와 기공도를 이용하여 계산한 유효확산계수를 Neale의 이론식과 비교하여 정확하게 일치하는 것을 확인하였다. 이 방법은 실제 다공체의 이미지를 이용한 계산에도 수정없이 이용할 수 있어 연료전지의 성능향상과 설계를 위한 가스확산층의 특성분석에 활용될 수 있다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제16권4호
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• pp.7-13
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• 2011

A comparative analysis of thermal models in the lattice Boltzmann method(LBM) for the simulation of laminar natural convection in a square cavity is presented. A HYBRID method, in which the thermal equation is solved by the Navier-Stokes equation method while the mass and momentum conservation are resolved by the lattice Boltzmann method, is introduced and its merits are explained. All the governing equations are discretized on a cell-centered, non-uniform grid using the finite-volume method. The convection terms are treated by a second-order central-difference scheme with a deferred correction method to ensure stability of the solutions. The HYBRID method and the double-population method are applied to the simulation of natural convection in a square cavity and the predicted results are compared with the benchmark solutions given in the literatures. The predicted results are also compared with those by the conventional Navier-Stokes equation method. In general, the present HYBRID method is as accurate as the Navier-Stokes equation method and the double-population method. The HYBRID method shows better convergence and stability than the double-population method. These observations indicate that this HYBRID method is an efficient and economic method for the simulation of incompressible fluid flow and heat transfer problem with the LBM.