• 대한조선학회논문집
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• 제45권6호
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• pp.631-636
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• 2008

In this paper, numerical analysis based on the RANS equation and the Realizable ${\kappa}-{\varepsilon}$ turbulence model is carried out for flows around an axisymmetric body at three Reynolds numbers($1.22{\times}10^7$, $1.0{\times}10^8$, $1.5{\times}10^8$) and the numerical results are compared with experiments data. Computed velocity distributions agree well with experiments as the Reynolds number increases. Pressure distributions agree well with the results of the potential flow except the tail region but differ from experiments for the parallel middle body as well as tail region. Pressure gradients show a good agreement with those of potential flow and experiment except the tail region. Friction coefficients show that the numerical results generally are lower than the experimental results estimated from the measured velocity. The difference of friction coefficients between the calculation and the experiment increases with growing of a boundary layer.

• 한국추진공학회지
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• 제3권2호
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• pp.1-9
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• 1999

층류 유동을 기준으로 형성된 압력구배기법의 적용성을 난류유동에 대하여 검증하였다. 압력구배기법은 압력 자체보다는 연속방정식을 이용하여 구한 압력의 구배를 활용하므로서 유동장의 해석에 질량보존의 물리적 법칙을 용이하게 반영할 수 있는 특징이 있다. 압력구배기법은 모든 유동변수를 한 점에 위치시키고 압력구배는 그 사이에 위치시키는 준 엇갈림 좌표계를 기준으로 형성되었다. 이러한 격자계는 프로그램하기가 용이하며 유동의 물리적 특성을 올바로 반영할 수 있는 장점이 있다. 난류유동에 대한 검증은 저 레이놀즈수 $\kappa$-$\varepsilon$ 모델을 이용하여 완전히 발달한 채널유동, 후향계단유동, 원추형 디퓨저유동 등에 대하여 수행하였다. 이러한 해석결과로부터 압력구배기법은 난류유동의 해석에 적용이 가능한 것으로 판단된다. 그러나 압력구배기법은 계산시간이 다소 길게 요구되며 압력구배식의 적정 $\gamma$를 구하는 방법이 용이하지 않아 이에 대한 개선이 요구되고 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제56권spc1호
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• pp.1059-1069
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• 2023

댐붕괴흐름은 댐이 갑자기 붕괴하여 제어가 어려운 상태의 고속흐름이 방출되는 현상이다. 이 연구에서는 3차원의 댐붕괴흐름을 모의하기 위해 OpenFOAM을 사용하여 층류 및 난류 모델을 적용하고 그 결과를 비교하였다. 난류 모의를 위해 레이놀즈 평균 나비에-스토크스 (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 모델, 구체적으로 k-ε 모델을 사용하였다. 수리모형실험과 함께 수정된 다층 블록 장애물 시나리오를 대상으로 두 가지 모델을 평가하였다. 두 모델 모두 댐붕괴흐름을 효과적으로 재현하였으며, 난류 모델은 흐름의 변동성을 감소시키는 역할을 보여줬다. 그러나 난류 모델에서의 과도한 에너지소산은 수위를 과소 평가하게 하는 것으로 나타났다. 수치기법 및 격자 해상도를 개선하여 적용한 결과 흐름재현성이 향상되었는데 이는 특히 구조물 근처의 난류흐름에서 두드러졌다. 모델 안정성의 경우 난류모델의 사용여부보다는 수치기법 및 격자 해상도의 개선에 더 크게 영향을 받았다. k-ε 모델에 내재된 시간평균처리의 특성은 불연속성과 불안정성이 두드러진 댐붕괴흐름을 재현하는 데 한계가 있음을 나타냈다. RANS 모델을 포함한 난류모의는 방대한 계산자원이 필요하지만, 층류 모델과 비교하여 성능 향상이 제한적이었다. 댐붕괴흐름을 정확히 재현하기 위해 LES (Large Eddy Simulation) 및 DNS (Direct Numerical Simulation)과 같은 고급 난류 모델의 사용이 권장되며, 이를 위해서는 미세한 공간 및 시간 스케일의 구성이 필수적이다. 이 연구를 통해 댐붕괴흐름을 모의할 때 기본적으로 사용할 수 있는 주요 접근법과 적용가능성을 측정하였으며, 구조물 근처에서 난류흐름에 대한 정확한 표현의 중요성을 강조할 수 있었다.

• 동력기계공학회지
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• 제16권1호
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• pp.44-50
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• 2012

팁 간격의 크기가 냉각탑용 축류팬의 성능과 누설 유동에 미치는 영향을 조사하기 위해서 서로 다른 2가지 팁 간격을 가진 경우에 대해서 점성유동을 해석하였다. 케이싱 내에서 작동하는 축류팬 주위의 유동을 연속방정식, Navier-Stokes 방정식 등을 지배방정식으로 사용하여 수치해석 하였다. 난류유동에 나타나는 레이놀즈 응력은 ${\kappa}-{\epsilon}$ 난류모델을 사용하여 계산하였다. 전체적으로 H형 격자계를 사용하였으며, 팁 주위의 유동을 해석하기 위해서 팁 영역 주위에 부분적으로 조밀한 격자를 두었다. 팁 간격이 증가하면 누설 유동의 증가로 인한 유동 손실의 증가로 전압상승과 수력효율이 감소하였다. 팬 직경에 대한 팁 간격이 0.4%에서 1.0%로 증가하면 전압상승 값이 약 10% 정도 감소하였으며, 수력효율은 약 3% 정도 감소하였다. 팁 간격이 팁 근처 날개 주위의 압력에 미치는 영향을 보면, 팁 간격이 증가하여 누설 유동이 증가하면 흡입면과 압력면의 압력차가 전연 부근에서 감소함을 알 수 있었다. 누설 와류의 중심은 코드를 따라서 흡입면으로 부터 떨어져 나가면서 형성됨을 알 수 있었다. 누설 와류의 위치를 보면 팁 간격이 증가하면 와류 중심의 위치가 흡입면 쪽으로 이동하고, 흡입면에서 떨어진 거리도 날개 후반부에서 증가 폭이 커지는 포물선 형태로 증가함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제43권9호
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• pp.823-833
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• 2010

침수식생 개수로 흐름은 식생영역과 상부영역에 서로 다른 흐름구조를 보인다. 즉, 식생영역에서 전단으로 인해 생성되는 난류는 억제되며 비교적 균일한 유속 분포를 보이며 상부영역에서는 일반 개수로 흐름과 유사한 흐름구조를 보인다. 이와 같이 두 상이한흐름구조가 결합된 복잡한 흐름특성으로 인해 침수식생 개수로흐름은 공학적인 관심의 대상이 되어왔다. 본 연구에서는 침수식생 개수로 흐름의 층적분 모형의 비교 분석을 수행하였다. 일반적으로 식생흐름의 층적분 모형은 층의 수에 따라 2층 및 3층모형으로 구분한다. 즉, 전체 수심을 식생영역과 상부영역으로 구분하는 2층모형과 식생영역을 바닥 조도의 영향 유무에 따라 내부 및 외부 식생영역으로 구분하는 3층모형으로 분류된다. 본 연구에서는 2층모형과 3층모형을 비교하였다. 다양한 실험조건에 적용한 결과, 3층모형이 식생영역에서 유속의 변화를 고려할 수 있으나 결과는 레이놀즈응력 분포에 민감하며, 적분된 유속은 2층모형에 의한 예측 결과가 더욱 정확한 것으로 나타났다. 3층모형에서 내부 식생영역의 결과가 전체 흐름구조에 미치는 영향이 무시할 수 있으므로 이 점을 착안하여 식생영역에서 유속 변화가 고려되는 수정 2층모형을 제시하였다. 수정 2층모형에서 가정하는 레이놀즈응력 분포는 상부영역에서는 선형, 식생영역에서는 멱함수 형으로 변화한다. 다양한 조건에 적용한 결과, 수정 2층모형이 대체로 기존의 모형과 비슷한 정도의 예측을 수행하나 식생밀도가 매우 작은 흐름의 경우 예측 결과가 불량한 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권8호
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• pp.799-807
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• 2010

폴리머 첨가제에 의한 항력감소 난류 채널 유동에 대한 직접수치모사를 스펙트럴 기법을 통해 수치적으로 해석하였다. 마찰속도 및 채널 높이의 절반으로 무차원화한 레이놀즈수는 395 이며, 폴리머 첨가제에 의해 발생하는 폴리머 응력은 FENE-P 모델을 통해 고려하였다. 폴리머 분자의 이완 시간 및 최대 연신 한계와 같은 FENE-P 모델 인자는 항력감소율에 큰 영향을 끼치는 것으로 나타났다. 항력감소율이 낮은 유동과 높은 유동에 대해 항력감소에 따른 난류 통계량의 변화를 조사하였다. 또한, 동일한 항력감소율을 갖는 유동에 대해, 서로 다른 FENE-P 모델 인자가 난류 통계량의 변화에 미치는 영향도 조사하였다. 최종적으로, Li 등(2006) 이 제시한 유변학 인자들과 항력감소율과의 상관관계식을 본 수치해석 결과를 통해 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.277-283
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• 2002

본 연구는 안쪽축이 회전하고 바깥쪽 실린더는 정지해있는 반경비가0.52이고 30$^{\circ}$ 경사진 동심 환형관내의 헬리컬 유동 특성에 관한 것이다. 비뉴튼 유체인 UC 수용액과 벤토나이트 수용액을 사용하여 안쪽축이 0~400pm으로 회전할 때 축방향 유동을 완전히 발달시킨 후 축방향 압력손실값을 측정하였다. 또한, 헬리컬 유동의 가시화는 불안정한 파를 관찰하기 위해 수행되었다. 현재 연구 결과는 표면마찰계수에 대해 로스비순(Ro)와 레이놀즈수(Re)의 관계를 나타내었다. 또한, 그 결과들은 유동 불안정성 메카니즘의 존재를 보인다. 축회전수가 증가함에 따라 압력손실이 증가하지만, 그 증가폭은 천이 및 난류영역에서는 레이놀즈수가 증가할수록 감소하며, 회전의 영향으로 유동교란이 증진되어 천이가 촉진된다. 또, 이런 유동교란의 증진은 표면마찰계수값의 증가와 함께 임계 레이놀즈수(Re$_{c}$)를 작게 만든다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권10호
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• pp.925-931
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• 2010

본 논문은 공동 주위 난류유동특성을 LES 기법으로 수치해석을 수행하여 알아보았다. 본 연구에 적용된 레이놀즈수는 공동 깊이만큼의 높이 h 에서의 유속을 기준으로 $1.0{\times}10^5$ 이며 3 차원 공동에서의 유동특성을 알아보았다. 적절한 비압축성 Filtered Navier-Stokes 방정식을 적용하기 위해, 계산격자를 공동 표면 근처에는 조밀하게 멀어질수록 성기게 생성하였으며, 이는 계산시간을 단축시키며 빠른 수렴을 도와준다. 또한, Boussinesq 가설을 subgrid-scale 난류모델에 적용하였고, Subgrid-scale 난류점성을 얻기 위해 smagorinsky-Lilly SGS 모델을 적용하였으며, 그 때의 CFL 수는 1.0 이다. 또한, 본 논문은 서로 다른 4 가지 형상의 공동의 및 입구조건의 변화에 따른 유동 특성도 함께 연구되었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권7호
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• pp.911-918
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• 1997

The turbulent viscous wake flows behind a single airfoil, two-dimensional stationary blade row and three-dimensional rotating blade row were calculated, and the numerical results were compared with experimental ones. The numerical technique was based on the SIMPLE algorithm using three turbulent closure models, standard k-.epsilon. model(WFM), low Reynolds number k-.epsilon. model(LRN) and Reynolds stress model (RSM). In the case of a single airfoil, WFM, LRN and RSM presented fairly good velocity distributions in the wake compared with experimental data. In the case of the stationary blade row, LRN and RSM presented better results than WFM for wake velocity distribution, and especially LRN showed best results among these three turbulent models. In the case of the rotating blade row, WFM and LRN showed fairly good agreement with experimental data of the three-dimensional velocity component distributions in the range from hub to mid span region. LRN was also superior to WFM in accuracy of prediction for the wake velocity distribution as same with the cases of a airfoil and the stationary blade row.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제2권1호
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• pp.26-37
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• 1994

In this study, flow of a model intake port/valve system is analyzed by using low Reynolds number $k-{\varepsilon}$ model. Discharge coefficient was obtained from computational results for the various cases of valve lifts. Discharge coefficient becomes maximum when the valve lift is 20mm, and does not increase or decrease in proportional to valve lift. Most of pressure drop and production of turbulent kinetic energy occur at the edge points of the valve and the valve seat Thus, in order to improve discharge coefficient, rounding of edge points in valve and valve seat is recommended. As valve lift is increased, the velocity of the intake jet in the valve passage decreases, and the direction of the jet is more inclined toward the valve seat.