• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권5A호
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• pp.341-349
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• 2011

본 연구에서는 다양한 풍동실험을 통하여 기류 조건에 따른 트윈박스 거더 교량의 공기역학적 특성을 파악하는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 자연적인 난류를 생성할 수 있는 능동 난류 발생장치를 개발하였고 검증하였다. 그리고 능동 난류 및 격자 난류 조건하에서 정적공기력, 비정상공기력 그리고 버페팅 응답 측정 실험을 수행하였다. 풍동실험 결과를 보면, 난류 적분길이는 교량의 정적공기력과 $A_1^*$를 제외한 플러터계수에는 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 그리고 난류 강도는 비정상공기력에 일부 영향을 미치고, 난류 적분길이 또한 일부 수직 방향 성분에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제27권6호
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• pp.888-893
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• 1995

맨봉 배열에 의해 형성되는 부수로를 흐르는 난류 유동장의 구조는 피치 대 봉직경의 비에 따라 변하게 된다. 피치 대 봉직경 비가 큰 경우에는 난류 응력 분포가 관 유동의 분포와 유사하다 그러나 피치 대 봉직경 비가 작은 경우에는 특히 간극 영역에서 난류 특성이 관 유동의 분포와는 달라진다. 완전히 발달된 맨봉 주위의 난류 유동장에서 난류응력과 난류운동에너지 사이의 선형 관계가 개발되었다. 개발된 상관 관계식은 난류 연구에 응용되는 여러 이론적 분석에 연관지어 사용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.962-978
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• 1989

본 연구에서는 저자들이 이미 발표한 난류 화염에서의 매연 농도 분포 해석을 포함한 화염 구조 및 복사 열전달의 해석에 대한 연구와 관련하여, 난류 화염에서의 생성된 매연 입자의 재연소 속도에 관한 새로운 모델을 제시한다.구체적인 방법 으로, 난류 화염에 대한 난류 지배 방정식의 매듭(closure) 문제로서 문제가 되고 있는 난류 모델과 반응 속도 모델에 대해서는 비교적 잘 정립되어 있다고 할 수 있는 축대칭 분류 유동을 선택하여, 난류 모델과 난류 연소 속도 모델을 고정하고, 난류 화염에서의 매연 생성 및 연소 모델을 검토하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2021

보를 월류하는 흐름에 대하여 하류 수심이 보의 높이보다 낮고, 보 월류 후 수심의 공액수심보다 작거나 크고 같은 경우를 각각 자유도수와 수중도수라고 한다. 수중도수가 발생하는 경우 하류 수심이 보의 경사면을 따라 흐르는 하강류를 덮게 되며 유속을 감쇄시키기 때문에 최대 유속은 자유도수에 비해 매우 작게 발생한다. 그러나 수중도수는 자유도수에 비해 에너지 감쇄 효율이 낮기 때문에 도수구간의 거리가 증가하게 된다. 따라서 인명피해를 발생시키는 도수구간 재순환영역의 길이를 검토하는 것이나 보 하류 바닥보호공 길이 설계를 위해 수중도수에서의 흐름에 대하여 검토하는 것은 중요하다. 본 연구에서는 k-ω SST 난류모형을 이용하여 보 월류 후 발생하는 수중도수를 수치모의하고 평균흐름과 난류량의 종방향 변화에 대하여 검토하였다. 기존 실험수로에 k-ω SST 난류모형을 사용하여 모형의 적용성을 검토하였다. 다양한 하류 수심을 설정하여 평균흐름과 난류량에 대한 침수도의 영향 및 자유도수 계산결과와 벽면 제트 결과를 함께 비교하였다. 검토 결과 수중도수는 평균흐름과 난류량의 변화율이 자유도수보다 작고 벽면 제트보다는 큰 것을 확인하였다. 또한 침수도가 증가되면서 평균흐름과 난류량의 변화율이 작아지는 것을 확인하였다. 이것은 침수도의 변화에 따른 역압력경사의 차이에 의한 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.171-171
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• 2022

난류 수체에서 관성입자의 침강속도는 정지 수체에서보다 빠르고, 그 침강속도의 증가비율은 입자의 관성력과 난류의 길이 스케일에 큰 영향을 받는다고 알려져 있다(Wang and Maxey, 1993; Yang and Shy, 2003; Wang et al., 2018). 본 연구에서는 개수로 흐름에서 난류의 영향을 받는 관성입자의 침강속도를 측정하고, 정지 상태의 침강속도에 대한 침강속도의 증가비율과 난류 인자의연관성에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 관성입자는 비중 1.35, 직경 300 ㎛에서 2000 ㎛까지의 구형 플라스틱(PE; polyethylene) 입자이며, 해당 입자들의 침강속도는 PTV(particle tracking velocimetry) 방식을 통해 측정하였다. 그리고 PIV(particle image velocimetry) 기법을 통해, 개수로 흐름의 난류 에너지 소산율(energy dissipation rate, ϵ)과 그에 따른 Kolomogorov 길이 스케일을 측정하였다. 실험 결과, 모든 직경 조건에서 플라스틱 입자는 난류 흐름에서의 침강속도가 정지 수체에서의 침강속도보다 빠름을 보였으며, 그 비율은 입자 직경이 난류의 길이 스케일과 유사하거나 작아질 때 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 또한 유체 내에서의 관성입자의 거동에 대한 이론식과 비교하여 관성입자의 침강에 미치는 여러 힘들의 상대적 관계를 파악하였다. 본 연구의 결과는 자연 수체에서 미세플라스틱의 거동을 이해하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권10호
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• pp.871-883
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• 2005

본 논문은 식생된 개수로 흐름에서 난류의 비등방성이 평균유속 및 난류구조에 미치는 영향을 파악하기 위한 수치모의 연구이다. 비등방성 난류모형인 레이놀즈응력모형을 이용하여 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 침수 및 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속 및 난류구조를 수치모의하였다. 수치모의 결과를 기존의 실험결과 및 k-$\epsilon$ 모형과 응력대수식모형에 의한 계산 결과와 비교하였다. 식생이 없는 일반 개수로 흐름과 정수식생된 개수로 흐름에서의 평균유속과 레이놀즈응력을 계산한 결과 등방성 및 비등방성 난류모형에 의한 해석 결과의 차이가 거의 나타나지 않았다. 즉, 난류의 비등방성의 영향이 매우 작은 것으로 나타났다. 그러나 자유수면 및 바닥 근처에서 발생되는 난류의 감쇠효과에 의한 난류의 비등방성은 레이놀즈응력이 가장 잘 예측하는 것으로 나타났다. 침수식생된 개수로 흐름의 경우 식생높이 부근에서 난류의 비등방성이 강하게 발생하는 것으로 나타났다. 계산된 평균유속 및 난류구조는 레이놀즈응력모형이 다른 모형 보다 가장 정확한 예측을 수행하였으며, 등방성 모형인 k-$\epsilon$ 모형은 식생높이 보다 높은 영역에서 평균유속 및 난류강도를 각각 과대 및 과소 예측하는 것으로 나타났다. 또한 계산된 결과를 이용하여 식생된 개수로 흐름에서의 부유사량을 산정한 결과 등방성 난류모형이 부유사량을 과소 산정하는 것으로 나타났다.

• 동력기계공학회지
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• 제11권4호
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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.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제15권1호
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• pp.50-56
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• 1983

Scram이 일어난 후 과도 기간 동안 LMFBR 출구공간에 있어서의 유동성층의 영향은 특별한 문제로 제기되고 있다. 이러한 경우에 난류 혼합에 미치는 부력 효과는 설계자에게 중요하다. 난류 유동 방정식에 부력 효과를 갖지 않는 기존 난류 모형의 부력효과를 더하기 위한 연구가 행해졌다. 개발된 부력 난류 유동의 물리적 모형은 SMAC 수치 해석 방법을 통하여 풀어졌다. 개발된 수치 해석 모형이 시험되어졌고, 실험자료와도 비교되었다. 결과는 난류에 대한 부력 효과가 출구공간에서 난류를 강하게 억압하며 성층의 안정도를 상당히 증가시켰다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.97.1-97.1
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• 2010

본 연구에서는 천수방정식의 매개변수인 조도계수와 난류점성계수에 따른 사행수로에서의 유속분포를 수치모의하였다. 벽면조도계수와 텐서형 난류점성계수를 변화시켜 8가지 수치모의 조건을 구성하였으며, 만곡부 정점에서의 횡방향 유속분포를 수리실험에 의한 측정값과 비교하였다. 벽면조도계수가 커질수록 벽면에서의 유속이 감소하여 실측값과 가까워지지만 벽면 이외의 영역에서는 오히려 유속이 증가하여 실측값보다 커졌다. 난류점성계수가 커질수록 만곡부 내외측의 유속차는 작게 나타났으며 xx와 yy방향으로 가중된 난류점성계수를 가지는 경우가 xy방향으로 가중된 난류점성계수를 가지는 경우에 비해 내외측 유속차가 약간 작게 나타났다.