• Journal of the KSME
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• v.30 no.4
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• pp.310-321
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• 1990

기체, 액체 고체상(相)이 섞여서 함께 흐르는 유동을 다상유동(multiphase flow)이라고 하며, 그 중 2개의 상이 섞여서 흐르는 경우를 2상유동(two-phase flow)이라고 일컫는다. 다상유동의 현상은 일상적인 생활에서도 많이 접하며(예컨대, 눈, 비가 내리는 현상, 안개, 황사, 스모그 현상 등) 특히 열전달과 관련하여 비등 및 응축을 수반하기도 한다. 특히 기계공학적 시스템에의 응 용측면에서는 다상유동의 전문지식이 증발기, 응축기 등 각종 열교환기기의 설계에 적용되므로 본 해설에서는 기체-액체(gas-liquid) 2상유동으로 그 내용을 한정하기로 한다. 2상(two-phase) 유동은 동일한 화학적 성분을 가진 물질이 서로 다른 상을 유지하면서 공존하여 흐른다는 점에서 2개의 다른 화학성분으로 구성된 2성분(two-component) 유동(예컨대 공기-물의 혼합유동)과는 엄밀하게는 다르나, 두 유동은 제반 형상이 유사하고, 해석 및 실험방법면에서도 많은 유사성이 있어서 총괄적으로 두 유동을 모두 2상유동이라고 칭하고 있다(1). 본 해설에서는 이러한 기체 -액체 2상유동분야에서 다루는 연구내용을 개괄적으로 소개하고자 한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.61-61
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• 2021

온도 성층화는 많은 저수지와 댐에서 흔히 발생하는 현상으로 호수나 저수지의 표면 온도가 바닥보다 상대적으로 높아 깊이에 따른 열 구배를 나타낸다. 이러한 온도 성층화 현상은 여름철과 같이 상부와 하부의 온도 차가 클수록 안정적이게 나타나며 이러한 층화 현상으로 수직 확산이 제어되어 수질에 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서 댐이나 호수 등 층화 현상이 심한 유체 내부 바닥에 물순환장치를 설치하여 외부로부터 공기를 끌어와 하부에서 공기를 분출하여 온도 성층을 약화시키기도 한다. 물순환 장치를 설비하면 수체의 혼합이 용이해지며 물질전달이 개선되어 수질이 향상된다. 국내의 경우 대청댐, 보령댐, 영주 댐 등 많은 국내 댐 내부에 물순환장치가 설비되어있다. 본 연구에서 댐의 물순환장치의 성능을 파악하기 위해 산기식 물순환 장비가 설치되어있는 영주댐을 연구 대상 지역으로 잡았다. 연구지역의 계절별 성층구조 및 특성을 조사하기 위해, 봄, 여름, 가을 영주댐에 방문하여 관측 자료를 취득하였으며 물순환 장치는 봄철의 경우만 가동하였다. 봄철의 물순환 장치 가동 전후 관측 데이터를 바탕으로 수치모형실험을 실행하여 관측 결과와 비교 및 검증하였다. 이를 바탕으로 여름, 가을에 물순환장치를 가동하였을 경우 댐 내부 수체의 혼합과정을 살펴보는 연구를 진행하였다. 본 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamic) 시뮬레이션을 수행하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 OpenFOAM(version 4.0)에서 열 전달이 포함되어있는 비압축성 VOF 솔버를 사용하였다. 본 솔버는 물과 공기를 동시에 나타낼 수 있으며 온도의 확산 방정식을 포함하고 있다. 또한 유동해석 수행 시 사용한 물순환장치의 효울은 실제 장치의 효율과 동일하다. 본 연구의 목표는 다음과 같다. (1) 관측만으로 파악하기 어려운 수체의 혼합거동을 유동해석 자료를 통해 면밀히 살펴보고 (2) 봄철 물순환 장치가 작동하기 전후 자료를 바탕으로 여름 및 가을철 물순환장치 가동 전후 데이터를 유동해석 자료로 취득한다. (3) 또한 물순환장치 가동 전후 데이터를 통해 계절별 혼합 효율을 취득한다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.47 no.2
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• pp.90-97
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• 2019

Sparkjet actuator, also known as plasma synthetic jet actuator (PSJA), is an active flow control device that has possibility of controling supersonic flow. This actuator utilizes arc plasma to deposit energy onto the gas inside the cavity to raise temperature and pressure. A change in the state of the fluid inside the cavity generates pressure waves and momentum jet, and they are exhausted through out the orifice exit and disturb external flow field. Since the cavity flow is affected by arc plasma, which is an equilibrium plasma and have generated equilibrium flow, the equilibrium state of air should be considered in order to analyze the flow of sparkjet actuator. In this study, numerical program for equilibrium flow was developed for the use of sparkjet actuator analysis. The developed program was validated by comparing the time - accurate jet front positions with the reference result. Then, impulse characteristics of the actuator in the atmospheric quiescent air were explained.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.11 no.5
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• pp.810-818
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• 1987

A new method is proposed to identify two-phase flow regimes in horizontal gas-liquid flow, based upon a statistical analysis of instantaneous pressure drop curves at an orifice. The probability density functions of the curves indicate distinct patterns depending upon the two-phase flow regime. The transition region also could be identified by the distribution shape of the probability density function. The statistical properties of the pressure drop are analyzed for various flow regimes and transitions. Finally, the data of flow patterns determined by the proposed method are compared with the flow pattern maps suggested by other investigators.

• Journal of Energy Engineering
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• v.2 no.3
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• pp.268-275
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• 1993

A series of parametric investigations are performed in order to resolve the flow characteristic of a Quebec city stoker incinerator. The parameters considered in this study are five internal configurations of the Quebec city stoker itself and its modified ones, primary air velocity, the injection velocity and angle of the secondary air, and the reduction of the stoker exit area. A control-volume based finite-difference method by Patankar together with the power-law scheme is employed for discretization. The resolution of the pressure-velocity coupling is made by the use of SIMPLEC algorithm. The standard, two equation, k-$\varepsilon$ model is incorporated for the closure of turbulence. The size of recirculation region, turbulent viscosity, the mass fraction of the secondary air and pressure drop are calculated in order to analyze the characteristics of flow field. The results are physically acceptable and discussed in detail. The flow field of the Quebec city stoker shows the strong recirculation zone together with the high turbulence intensity over the upper part of the incinerator.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.35 no.8
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• pp.693-698
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• 2007

A numerical method for accurate simulations of rotor aerodynamics is proposed. The numerical diffusion in the typically coarse grids away from the rotor blades is improved by implying a fourth-order of interpolation of local characteristic variables of the flow in the reconstruction stage of MUSCL approach in the framework of a finite volume formulation. In addition, different slope limiters are applied to the different characteristic fields, such as compressive limiters to linear characteristic fields to reduce the numerical dissipation whereas, diffusive limiters to nonlinear characteristic fields to increase numerical stability. Various exemplary problems related to the rotor aerodynamics applications are tested and the numerical results show a significant improvement in wake capturing capability. However, rotor aeroacoustic calculations show no meaningful difference over traditional MUSCL approach.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.12 no.2
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• pp.15-22
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• 2018

A compressible multiphase flow was investigated using a DIM consisting of seven equations, including the fifth-order MLP and a modified HLLC Riemann solver to achieve a precise interface structure of liquid and gas. The numerical methods were verified by comparing the flow structures of the high-pressure water and low-pressure air in the shock tube. A 2D air-helium shock-bubble interaction at the incident shock wave condition (Mach number 1.22) was numerically solved and verified using the experimental results.

• Journal of Power System Engineering
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• v.11 no.4
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• pp.5-11
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• 2007

본 연구는 SI기관 실린더 내의 유동장 변이 과정을 3차원 LDV 측정 기술을 사용하여 흡입과 압축과정 동안 정량적으로 분석하였다. 실험은 헤드에 각각 2개의 흡입밸브와 배기밸브를 갖는 기관이 모터링되는 공회전 상태에서 실시하였다. 지난 30년 동안 텀블과 스월은 실린더 내의 평균 유동 정량화에, 난류운동에너지는 난류 측정에 많이 사용되어 왔다. 그러나 텀블은 solid body 회전 유동을 비교하는데 적절하며, 서로 다른 유동 패턴 비교에는 부적절 하다는 것이 보고되고 있는 실정이다. 3차원 LDV시스템의 우수한 공간 분석 능력은 순간적인 유동장구조와 더불어 상대적으로 미세한 유동장의 구조 까지도 측정이 가능 하도록 하였다. 따라서 측정한 결과로부터 유동장의 난류운동에너지 등가면을 계산할 수 있었다. 본 실험 결과는 실린더 내의 난류 유동장 특성을 난류운동 에너지 등가면 정보를 이용하여 세심하게 관찰할 수 있음을 제시하고 있다.

• Tunnel and Underground Space
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• v.21 no.4
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• pp.297-306
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• 2011

In this paper, we performed thermodynamic energy balance analysis of the underground lined rock cavern for compressed air energy storage (CAES) using the results of multi-phase heat flow analysis to simulate complex groundwater-compressed air flow around the cavern as well as heat transfer to concrete linings and surrounding rock mass. Our energy balance analysis demonstrated that the energy loss for a daily compression and decompression cycle predominantly depends on the energy loss by heat conduction to the concrete linings and surrounding rock mass for a sufficiently air-tight system with low permeability of the concrete linings. Overall energy efficiency of the underground lined rock caverns for CAES was sensitive to air injection temperature, and the energy loss by heat conduction can be minimized by keeping the air injection temperature closer to the ambient temperature of the surroundings. In such a case, almost all the heat loss during compression phase was gained back in a subsequent decompression phase. Meanwhile, the influence of heat conductivity of the concrete linings to energy efficiency was negligible.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.32 no.8
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• pp.118-128
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• 2004

Exhaust plume effects on longitudinal aerodynamics of missile were investigated by wind tunnel tests using a solid plume simulator and CFD analyses with both the solid plume and air jet plumes. Approximate plume boundary prediction technique was used to produce the outer shape of the solid plumer and chamber conditions and nozzle shapes of the air jet plumes were determined through plume modeling technique to compensate the difference in thermodynamic properties between air and real plume. From comparisons among turbulence models in case of external flow interaction with the air jet plume, Spalart-Allmaras model turned out to give accurate result and to be less grid-dependent. Effects induced by the plume were evaluated through the computations with Spalart-Allmaras turbulence model and the air jet plume to account for various ratios of chamber and ambient pressure and Reynolds number under the flight test condition.