• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.21-21
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• 2022

충적하천의 하상과 제방은 흐름에 의해 쉽게 침식되는 사립자들로 구성되어 있다. 흐름이 더욱 강해지면 커다란 입자들도 움직이게 되고 더욱 커지면 결국 모든 입자들이 움직인다. 이렇게 흐름에 의해 하상과 제방을 구성하는 사립자들이 움직이기 시작하는 상태를 한계운동이라 하며, 이때의 흐름조건을 한계조건이라 한다. 한계조건은 이동상 수리학의 시작으로, 이때부터 흐름은 물과 유사의 혼합이라는 이상류가 되어 순수한 물의 흐름보다 더 복잡하게 된다. 개수로는 관수로와 달리 반드시 자유수면이 있으며, 따라서 물과 공기와의 마찰은 상대적으로 매우 작으므로 개수로의 전단응력 분포는 관수로와 달리 근본적으로 비대칭이다. 따라서 전단응력은 수로 바닥이나 측벽에서만 작용하게 된다. 한계조건은 이러한 추상적인 의미에 앞서 바닥이 침식되지 않는 하도나 수로의 설계 등에 기본적인 자료가 된다. 개수로에서 경계면의 전단응력을 힘으로 표시하는 것을 통상 소류력이라 하며, 개수로 경계면에서 전단응력의 분포도; 이른바 단면의 평균 전단응력의 개념을 도입하여 해석하고 설계기준으로 제시되고 있다. 본 연구에서는 자연하천과 유사한 조건의 건설기술연구원 하천실험센터의 급경사수로에서 연구를 진행하였으며, 기존 연구를 바탕으로 제작된 소류력 측정장치를 이용하였다. 하천의 설계나 평가에 적용되는 평균 소류력 개념은 복잡한 난류흐름에서 평가지표로써 대표하기 힘들기 때문에 유사 하천환경의 바닥에서 발생하는 소류력을 직접 측정하고자 연구를 진행하였고, 연구결과를 기존의 소류력 산정방법과 비교하였다. 본 연구에 사용된 장치는 실규모 실험을 위해 제작되었으며, 실규모 적용성 검토를 위해 실험실에서 충분한 검증실험을 거친 후 실규모 실험에 적용하였다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.38 no.5 s.154
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• pp.365-377
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• 2005

This paper presents numerical works carried out for developing an advanced computational framework for understanding injury- and mortality-inducing flow phenomena in hydropower facilities. Large-eddy simulation (LES) of a circular jet flow is carried out to help interpret the results of recent experiments that exposed live fish to the shear zone of a turbulent jet. The instantaneous flow field of LES is characterized by intense velocity, pressure, and vorticity fluctuations, which could exert forces and moments on a fish considerably larger than those exerted by the same fish exposed to the corresponding steady, time-averaged flow. In this study, also, unsteady modeling of flow in a hydroturbine draft tubewas carried out using a hybrid unsteady RANS/LES, so-called detached-eddy simulation (DES). Results from DES show that the potential for disorientation and excessive residence times of fish within the draft tube is certainly considerable.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.308-308
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• 2017

국내 하천에 설치된 횡단구조물은 2009년을 기준으로 약 20,753개로 알려져 있으며 수위 유지, 하상고 유지 등의 목적을 가지고 설치된다. 그러나 낙차를 가진 빠른 유속의 흐름을 형성시켜, 하류 하상에서 국소 세굴을 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 횡단구조물 하류에 굴요성 구조(flexible structure)인 돌망태, 블록공, 사석 등으로 이루어진 바닥보호공(bed protection)이 설치되나 유실, 침하 등의 문제가 빈번히 발생되고 있어, 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 피복 대책에서 일어날 수 있는 파괴 기구인 전단파괴, 흡출 파괴, 경계 파괴, 하상 형태 변화에 따른 하부 침식 중 흡출 파괴(winnowing failure)를 유발하는 흐름을 검토하기 위한 수치모의를 수행하였다. 이때 흡출 파괴는 바닥보호공의 공극으로 미세한 하상 재료가 난류와 침투류의 작용에 의해 침식되어 바닥보호공이 침하되는 것을 말한다. 수치모의는 전산유체동역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하였으며, 난류 모형으로 LES 모형을 적용하고 조밀한 격자를 부여하여 바닥보호공의 공극에서 발생되는 비교적 작은 척도의 와(vortex)를 해상할 수 있도록 하였다. 수치모의에 적용된 횡단구조물은 보, 물받이공, 바닥보호공으로 구성하였으며 특히, 바닥보호공의 형상은 구체(sphere)로 가정하여 다층으로 배치하였다. 바닥보호공의 공극 또는 구체 사이에서 발생되는 유속, 압력 등의 흐름특성을 분석한 결과, 바닥보호공 두께가 두꺼울수록 흡출 파괴에 대해 안정적인 것으로 나타났다. 이는 바닥보호공 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 입자영상유속계(Particle Image Velocimeter, PIV)와 같이 공극에서 흐름을 측정할 수 있는 방법과 병행한 연구를 수행할 수 있을 것이다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.15 no.4
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• pp.773-779
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• 2011

The width of a submarine's turbulent wake, using Shear-free and Ship wake theory, is proportional to $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n<{\frac{1}{2}})$ If we assume submarine's length, width, velocity are 65m, 6.5m, 6kts respectively, and the minimum diffusion of turbulent wake ; ${\infty}\;x^{1/5}$, the width of wake behind the submarine is about 20m at 1.2km, 30m at 15km when there is no breaking waves on the sea surface. However, in the case of breaking waves, it is very limited to identify submarine's wake on the sea surface because wind generated turbulent wake has higher turbulent kinetic energy than that of submarine's wake. As a result, there is a high possibility to detect submarine's wake on the sea surface in the shallow water such as the Yellow-Sea using a proper detection method such as SAR. This means that in anti-submarine operations, non-acoustic sea surface serveillance applied turbulent wake will be very effective way to detect a submarine in near future. To do this we have to develop exact theory of submarine's turbulent wake above all.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.19 no.3
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• pp.846-857
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• 1995

An experimental study is made of turbulent shear flows in a nearly two-dimensional 90.deg. curved duct by using the hot-wire anemometer. The Reynolds normal and shear stresses, triple velocity products, integral length scales, Taylor micro length scales and dissipation length scales are measured and analyzed. For a positive shear at the inlet, the afore-mentioned turbulence quantities are all suppressed. However, when the inlet shear flow is negative, they are augmented, i.e., the convex curvature suppresses the turbulence whereas the concave curvature augments it. It is found that the curvature effects are rather sensitive to the triple velocity products than the Reynolds stresses. The evolution of turbulence under the curvature with the different shear conditions is well described by the modified curvature parameter S' and the non-dimensional development time ${\tau}$.'

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.28 no.2B
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• pp.169-175
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• 2008

The clear-water scour experiments were conducted to shed light on the unsteadiness of the horseshoe vortex around a bridge pier since the fluctuations of velocity components and unsteadiness of the horseshoe vortex can be considered as one of the main factors on local scour. The characteristics of the flow speed and turbulence around a bridge pier was examined using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) and the flow visualization with kaolin clay particles upstream of a bridge pier. The outcomes of this study on the turbulence characteristics related with scour mechanism were presented with the quadrant analysis, the integral time scales, and the bed shear stresses before and after scouring, respectively. The bed shear stress before scouring was approximately quadruple times higher than that of the equilibriums state. It implies that the unsteadiness of the horseshoe vortex would play a significant role in the initial development of scour depth. Therefore, the bimodal distribution of flow velocity was identified as one of the mechanical properties of the horseshoe vortex and the unsteadiness of horseshoe vortex can be one of the major characteristics to understand the flow sturucture and local pier scour.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.6
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• pp.732-742
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• 1985

Measurements of mean velocity and turbulence characteristics are obtained with a linearized constant temperature hot-wire anemometer in a two-dimensional turbulent jet discharging parallel to a flate. Wall static pressure distribution is also measure. The Reynolds number based on the jet nozzle width (D) is about 42,000 and the step height is 2.5D. The reattachment length is found to be 7.5D by using both wool tuft and oil methods. Upstream of the reattachment point, there exist double coherent structures and mean velocity, Reynolds stresses and triple product profiles are asymmetric about jet center line due to the influence of streamline curvature and recirculating flow region. Near the reattachment point, wall static pressure and turbulence quantities change its shape rapidly because of the large eddies by the solid wall. Especially, turbulence intensity has a maximum value in the reattachment regin, then decreases slowly in the redeveloping wall jet ragion. Downstream of X/D=14, a single large scale eddy structure is formed. Far downstream affer the reattachment(X/D.geq.18) mean velocity profile, the decay of maximum velocity and the variation of jet half width are nearly similar to those of plane wall jet, but the Reynolds stresses are higher than those of the latter.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.6
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• pp.1669-1678
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• 1990

The annular and coaxial swirl flows between which LPG is supplied was selected to study the swirling flames in double co-swirl flows. The objective of this study is to research into the effects of double co-swirl flow conditions on the stability limit, the reverse flow boundary, and the time mean temperature distributions of the swirling flames. The increase of swirl intensity of axial flow makes the stability limit decrease, but the annular swirl flow (SM>0.5) makes stability and swirl intensity of axial flow increase, And the existence of axial swirl flow makes flame intensive and small in size, and this may be applicable to the design of high power compact combustor.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 1997.11a
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• pp.8-9
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• 1997

산업의 발달과 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 고효율, 저공해인 가스터빈의 응용범위가 넓어지고 있는 추세이다. 가스터빈 기관의 효율을 높이기 위해서는 터빈 입구온도를 높이는 것이 필수적인데 이는 재질에 의해 제한 받게 되고 이 때문에 효과적인 냉각방법의 필요성이 대두되었다 충돌제트는 국소적으로 높은 열/물질 전달 효과를 얻을 수 있어서 터빈 블레이드 냉각과 연소기 벽면 냉각에 효과적으로 응용 될 수 있다. 이러한 충돌제트의 냉각효과는 제트출구의 초기조건에 매우 민감한데 Kelvin-Helmholts 불안정은 불안정한 자유전단층에서 자연적인 와류생성(roll up)과 개개의 와류고리 형성의 원인이 되고 이 고리의 성장과 병합(pairing)은 제트의 유동특성에 상당히 영향을 미친다. 제트주위에 생성되는 이러한 와류에 의해 제트중심에서 속도와 난류강도가 변하게 된다. 이러한 제트초기의 불안정성은 하류에서의 와류성장에 영향을 끼치기 때문에 와류의 조절에 의한 충돌 면에의 열 전달 효과 상승을 기대할 수 있다. 이 조절방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 하나는 제트주의 환형관에 이차유동을 가하여 와류를 직접 제어함으로써 자유전단류(free shear layer flow)의 안정성 원리를 이용하여 열 전달을 촉진하는 것이고 다른 하나는 음향여기(acoustic exitation)를 사용하여 제트주위의 와류형성을 조절하는 것인데, 자연적으로 형성되는 와류의 주파수(와류의 고유주파수)나 부조화 주파수(subharmonic)로 음향여기 시키는 경우 제트 주위 와류는 더욱 증폭되고 그렇지 않은 경우 제트주위 와류의 형성이 억제되어 더 긴 제트코어의 길이 및 제트코어 주위에서 작은 크기의 와류들이 형성된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.655-659
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• 2008

본 연구에서는 3차원 수치모의를 통하여 횡방향 하상형상 및 격자형 이차흐름 구조의 생성 메커니즘을 분석하였다. 이를 위해 곡선좌표계에서의 지배방정식을 구성하고, 난류 폐합을 위해 Speziale(1987)가 제안한 비등방성 k-$\varepsilon$모형을 이용하였다. 또한 Exner 방정식을 이용하여 시간에 따른 하상변동을 예측하였다. 그 결과 바닥과 측벽 사이에서 발생되는 바닥 이차흐름의 하향류에 의해 측벽 부근부터 하상이 침식되고, 침식된 유사량은 이차흐름의 횡방향 유속에 의해 이동되어 퇴적되어, 결국 횡방향으로 연속적인 언덕 및 저면과 같인 하상형상이 생성되는 것으로 나타났다. 또한 시간에 따른 이차흐름 및 바닥 전단력, 하상고의 변화에 대해 살펴보았다.