• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.9
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• pp.623-629
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• 2017

Flow structure and mixing characteristics in a micro combustor with a multi-hole baffle were numerically studied using the Reynolds stress model. The multi-hole baffle has geometrical features to produce multiple three-dimensional vortices inside combustion chamber. When the thickness of the baffle's geometrical factors changes, variations of vortical structures occur variously. Among these vortices, the vortex generated from the fuel stream exerts a critical influence on the mixing enhancement. The three-dimensional vortical structure, in its development state, was strongly dependent on the baffle thickness. In particular, as the baffle thickness decreases to values less than the diameter of the fuel hole, the jet stream in baffle holes changes from the parabolic to saddleback profile type. The sizes of recirculation zones inside combustion chamber and the mixing state were closely affected by the structure of the jet streams.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2018.05a
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• pp.288-288
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• 2018

점착성 유사는 응집 현상을 겪는 유사로, 응집 현상(Flocculation Process)는 응집 과정(Aggregation Process)와 파괴 과정(Breakup Process)의 경쟁으로 이루어진다고 여겨진다. 응집 현상을 통해 점착성 유사는 물과 점착성을 띠는 작은 입자들의 덩어리인 플럭(Floc)을 형성하여 흐름 내에서는 대부분이 플럭의 형태로 이동한다. 점착성 유사의 응집 모형 중 하나인 플럭 성장모형(Floc Growth Model, FGM)은 상미분 방정식으로 시간에 따른 플럭의 크기를 계산하는 모형이다. 응집과 파괴의 평형 상태에서 평균 입경을 얻는다. 이러한 FGM은 낮은 수치 계산 비용으로 합리적인 계산 결과를 얻을 수 있으며, 유사 이동 모형 혹은 흐름 모형과의 결합이 수월한 장점을 가진다. 또한, 닫힌 계(Closed System)에서 질량이 보존되는 특징이 있다. 반면, 결정론적인 특성을 띠면서 특정 플럭 크기만을 계산하기 때문에 점착성 유사의 입도 분포에 대한 정보를 얻을 수 없다. 결정론적 특성을 띠는 FGM에 추계학적 방법을 적용함으로써 특정 확률 분포형을 가지는 플럭의 입도 분포를 얻을 수 있다. 본 연구에서는 기 개발된 추계학적 FGM과 유사 이동 모형의 결합을 통해 변화하는 유수동역학적 조건에서 플럭의 입도 분포를 산정하고자 한다. 이전의 많은 실험실 실험 결과들은 부유가 발생한 상태를 유지하면서 수행되는 것으로, 특정 난류 특성(난류 소산 매개변수)와 특정 유사 농도 조건에서의 입도 분포를 얻는다. 그러나 하구부 및 하천의 하류는 조류의 영향을 받는 구간으로, 점착성 유사의 특성을 분석하기 위해서는 변화하는 유수동역학적 특성에 관한 고려가 필수적이라 할 수 있다. 결합된 점착성 유사 입도 분포 모형은 플럭의 침강과 재부유를 고려할 수 있는 특징을 가지며, 실측자료와의 비교를 통해 입도 분포를 합리적으로 모의하는 것으로 나타난다. 본 연구에서 개발된 점착성 유사 입도 분포 모형은 나아가 비점착성 유사의 입도 분포 모형과의 결합을 통해 두 종류의 유사가 혼재하는 구간에서도 합리적인 입도분포와 유사의 이동을 모의할 수 있을 것으로 예측된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.103-103
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• 2016

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설의 성능 개선을 위해서는 현재 기 설치되어 있는 빗물펌프장의 설계 및 내배수 효율에 대한 성능평가가 필요하다. 하지만 현재 국내 펌프설계기준에는 빗물펌프장의 설계 및 운영에 대한 구체적인 성능 평가 방법이 제시되어 있지 않은 실정이다. 만약, 펌프 흡입수조 및 흡입파이프의 형상이 적절하게 설계되지 못한다면 물이 파이프 입구로 부드럽게 흡입되지 못하고 볼텍스 및 스월이 발생하게 된다. 이러한 볼텍스 및 스월은 펌프 입구 쪽으로 물 뿐 아니라 공기를 함께 흡입시킴으로써 펌프의 효율저하, 소음, 진동을 발생시키며 펌프 파손의 원인이 될 수 있다. 따라서 펌프를 설치하기 전 펌프 설치 후에 발생되는 펌프 흡입부 주변의 흐름특성 변화 및 흐름특성이 구조물에 미치는 영향 등을 고려하기 위하여 수리모형실험이 필요한데, 수리모형실험은 많은 시간과 비용이 들어가기 때문에 이를 대체할 수 있는 방안이 요구된다. 그런 이유로 최근에는 수리모형실험 대신 수치모의를 이용하는 경우가 많다. 수치모의의 결과는 수리실험의 결과와 비교, 검증을 거쳐 신뢰성을 얻는다. 본 연구에서는, 3차원 수치모형의 다양한 난류모델을 이용하여 흡입파이프로 물이 유입될 때 흡입부 내, 외의 수심 별 유속 변화를 분석하고, 그 결과를 이용하여 FLOW 3D 모형의 검증을 수행하였다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.18 no.4
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• pp.1-8
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• 2014

Overexpanded flow of an axisymmetric thruster nozzle is numerically simulated to investigate effects of nozzle pressure ratio (NPR) on the shock structure and thrust performance. The Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with k-${\omega}$ SST turbulence model are solved utilizing FLUENT solver. As the NPR is raised, thrust performance monotonically increases with the shock structure and flow-separation point being pushed toward the nozzle exit. It is also discussed that the flow structure at nozzle-exit plane which is immediately affected by a position of nozzle-interior shocks and expansion waves, has strong influence upon the thrust performance of thruster nozzle.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.16 no.5
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• pp.2985-2992
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• 2015

In this study, the characteristics of heat transfer and pressure drop was theoretically analyzed by changing longitudinal pitch, bump phase, location of vortex generator about the staggered tube banks by applying SST (Shear Stress Transport) turbulence model of ANSYS FLUENT v.14. Before carrying out CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, It is presumed that the boundary condition is the tube surface temperature of 363 K, the inlet air temperature of 313 K and the inlet air velocity of 5-10 m/s. The results indicated that the heat transfer coefficient is not affected by the longitudinal pitch and the bump phase of circle type was more appropriate than serrated type in the characteristics of heat transfer and pressure drop. Additionally, in case of vortex generator location, the heat transfer characteristics showed that forward location of tube was more favorable 4.6% than backward location.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.106.1-106.1
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• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.35 no.2
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• pp.216-223
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• 2011

TVC is a kind of ejector which entrains low pressure working fluid by using the high pressure working fluid. While most papers relating with ejectors treat the working fluid as an ideal gas for convenience, the fluid doesn't behave as the ideal gas when phase change occurs. In this study, numerical analysis is conducted by applying Redlich-Kwong equation of state instead of ideal gas equation of state. Two turbulent models are compared for the better prediction and SST k-${\omega}$ model is preferred rather than realizable k-${\epsilon}$ model by comparison. Energy loss at the diffuser inlet and throat using the real gas equation of state is relatively greater than that using ideal gas law. For the real gas case, pressure increase due to shock train at the diffuser outlet is relatively smaller than the ideal gas case, but both cases have the same pressure increase due to a pseudo shock.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.15 no.4
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• pp.26-34
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• 2011

The present work addresses structural characteristics of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized combustor with an attention focused on the effect of the formation of recirculation zones on the combustion instability. It is known that the recirculation zone plays an important role in stabilizing a turbulent, premixed natural gas flames by providing a source of heat or radicals to the incoming premixed fuel and air. To improve our understanding of the role of recirculation zones, the flame structure was investigated for various mixture velocities, equivalence ratios and swirl numbers. The optically accessible combustor allowed for the application of laser diagnostics, and Particle Image Velocimetry(PIV) measurements was used to characterize the flame structure under both cold flow conditions and hot flow conditions. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The results indicates that the formation of recirculation zone is strongly related to the occurrence of thermo-acoustic instabilities.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.04a
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• pp.445-452
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• 2011

The present work addresses structural characteristics of natural gas flames in a lean premixed swirl-stabilized combustor with an attention focused on the effect of the formation of recirculation zones on the combustion instability. It is known that the recirculation zone plays an important role in stabilizing a turbulent, premixed natural gas flames by providing a source of heat or radicals to the incoming premixed fuel and air. To improve our understanding of the role of recirculation zones, the flame structure was investigated for various mixture velocities, equivalence ratios and swirl numbers. The optically accessible combustor allowed for the application of laser diagnostics, and Particle Image Velocimetry(PIV) measurements was used to characterize the flame structure under both cold flow conditions and hot flow conditions. Dynamic pressures were also measured to investigate characteristics of combustion at the same time. The results indicates that the formation of recirculation zone is strongly related to the occurrence of thermo-acoustic instabilities.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2003.11a
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• pp.84-91
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• 2003

Flow-Induced Vibration of steam generator tubes may result in fretting wear damage at the tube-to-support locations. KSNP(Korean Standard Nuclear Power plant) steam generators experienced fretting wear in the upper part of U-bend above the central cavity region of steam generators. This region has conditions susceptible to the flow-induced vibration, such as high flow velocity, high void fraction, and longer unsupported span. To improve its performance, APR1400 steam generator is designed with additional supports in this region to reduce unsupported span and to reduce peak velocity in the central cavity region. In this paper, we examined its performance improvement using ATHOS code. The thermal-hydraulic condition in the region of secondary side of APR1400 steam generator is obtained using the ATHOS3 code. The effective mass for modal analysis is calculated using the void fraction, enthalpy, and operating pressure information from ATHOS3 code result. With the effective mass distribution along the tube, natural frequency and mode shape is obtained using ANSYS code. Finally, stability ratios and real mean squared displacements for selected tubes of the APR1400 steam generator are computed. From these results, the current design of the APR1400 steam generator are examined.