• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.604-604
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• 2012

국지성 집중호우에 따른 도심지 내수 침수 피해의 주원인으로 하수관거의 설계기준을 초과하는 강우가 침수피해의 주요 원인이며, 도심화로 인해 불투수 면적이 증가함에 따라 유출되는 시간이 짧아 저지대의 피해는 불가피하다. 2010년과 2011년에 100년 이상의 강우사상이 서울시에 연이어 나타나면서 집중호우로 인한 피해지역이 유사하게 나타났으며, 광화문 거리의 연이은 침수는 현재 서울시의 하수관거의 용량과 빗물펌프장 및 저류조 시설로 구성된 기존 수방대책의 한계점을 보이고 있다. 이에 서울시는 광화문 일대의 배수능력을 향상시키기 위하여 효자배수분구 빗물배수터널을 계획하고 있다. 일본, 미국 및 유럽 등지에서는 대심도 지하수로 시설에 대한 수리실험 및 수치 연구를 바탕으로 다양한 지하방수로가 건설되어 국지성 집중 강우에 대해 적절히 대응하고 있으나, 국내의 경우에는 대심도 지하방수로 시설에 대한 연구가 미비하여 지하방수로 설계 지침 및 기술적 자료가 부족한 실정이다. 그러므로 대심도 빗물배수터널 시설에서의 흐름특성 분석에 관한 수리실험 및 수치해석 등의 구체적인 연구가 필요하다고 판단된다. 본 연구에서는 수리모형 실험의 물질적 및 시간적 한계를 극복하기 위하여 일반적으로 3차원 유체거동의 특성분석에 많이 사용되는 Fluent 6.3 모형을 이용하여 대심도 빗물배수터널 시설의 접선식 유입구에 대한 흐름특성을 수치모의 하였다. 접선식 유입구 및 수직갱(drop shaft)에 대한 기하 모형의 격자망은 수치해석의 안정성 확보를 위하여 그림 1과 같이 6면체 격자로 구성하였다. 맨홀 내의 다상유동을 고려하기 위하여 VOF(Volume of Fluid) Scheme을 적용하였으며, 수치해석 방법으로는 비정상류, 1st order implicit method를 사용하였다. Fluent에서의 난류 흐름을 계산하는 방법에는 난류 운동에너지와 난류 에너지 소산율 $\epsilon$의 전달 방정식을 도입한 k-$\epsilon$ 난류 모형을 채택하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.89-89
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• 2020

본 연구에서는 GPU 가속화 기반의 Boussinesq 모형인 Celeris Advecnt에 수심 적분된 2차원 이송-확산방정식을 추가하여 인터렉티브 시스템 기반의 추적자 이동 모형을 개발하였다. Celeris Advent는 최초로 개발된 인터렉티브 시스템을 갖춘 Boussinesq 모형으로, 시뮬레이션 중에 사용자가 모형의 파라미터뿐 아니라 모델 도메인 내 수위 및 수심을 바꿀 수 있다. 이를 통해 사용자는 모의가 진행되는 도중에 모델의 안정성 및 효율성을 위해 시간 간격을 조정할 수 있을 뿐 아니라 방파제 설치 등과 같은 지형 변화를 고려하기 위해 도메인 내 격자별 수심을 조정할 수 있다. 본 연구에서는 연안에서의 추적자 이동 모의를 위해 Boussinesq 방정식과 더불어 이송-확산방정식을 풀이하는 추적자 이동 모형을 개발하였다. 추적자의 확산항의 경우 분자 자체의 확산과 더불어 쇄파에 따른 난류 확산을 고려하였다. 난류 확산계수는 슈미트 수를 1로 두어 와동점성계수와 동일하게 두었으며, 와동점성은 단순화된 형태의 쇄파모형을 고려하여 계산하였다. 쇄파모형의 고려로 인해 이송-확산방정식과 더불어 운동량 방정식에서도 쇄파에 따른 운동량 소산이 고려되었다. 마지막으로, 추적자 농도에 대한 인터렉티브 시스템을 추가하여, 모델 구동 중에도 사용자가 수심적분된 추적자 농도를 조정할 수 있도록 하였다. 기수행된 2개의 수리실험 조건과 관측값을 이용하여 벤치마크 테스트를 수행하였으며, 관측값과 대체로 일치하는 것을 확인하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제32권2호
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• pp.92-99
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• 2008

The "energy separation phenomenon" through a vortex tube has been a long-standing mechanical engineering problem whose operational principle is not yet known. In order to find the operational principle of the vortex tube, CFD analysis of the flow field in the vortex tube has been carried out. It was found that the energy separation mechanism in the vortex tube consists of basically two major thermodynamic-fluid mechanical processes. One is the isentropic expansion process at the inlet nozzle, during which the gas temperature is nearly isentropically cooled. Second process is the viscous dissipation heating due to the high level of turbulence in both flow passages toward cold gas exit as well as the hot gas exit of the vortex tube. Since the amount of such a viscous heating is different between the two passages, the gas temperature at the cold exit is much lower than that at the hot exit.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제10권5호
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• pp.81-89
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• 2002

The autoignition and subsequent flame propagation of initially nonpremixed turbulent system have been numerically analyzed. The unsteady flamelet modeling based on the RIF (representative interactive flamelet) concept has been employed to account for the influences of turbulence on these essentially transient combustion processes. In this RIF approach, the partially premixed burning, diffusive combustion and formation of pollutants(NOx, soot) can be consistently modeled by utilizing the comprehensive chemical mechanism. To treat the spatially distributed inhomogeneity of scalar dissipation rate, the multiple RIFs are employed in the framework of EPFM(Eulerian particle flamelet model) approach. Computations are made for the various initial conditions of pressure, temperature, and fuel composition. The present turbulent combustion model reasonably well predicts the essential features of autoignition process in the transient gaseous fuel jets injected into high pressure and temperature environment.

• 대한기계학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.416-425
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• 1993

To investigate the characteristics of the merged jet arising from the interaction of two opposing curved wall jets over a circular cylinder in still air, mean velocity, Reynolds stresses, triple moments and integral length scale were measured using hot-wire anenometry. The turbulent kinetic energy and shear stress budget were evaluated using the measured data. The variations of the Reynolds stresses, the triple moment and integral length scale are severe in the interaction region. The pressure diffusion terms are found to be very large when compared the other terms in the interaction region. The distributions of the Reynolds stress and the triple moment in the similar region are found to be similar to those of conventional plane jets.

• 터널과지하공간
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• 제6권1호
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• pp.64-68
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• 1996

Analyzed in this paper is fluid flow in the region near the exhaust and blower ports of the ventilation ducts inside a vehicle tunnel. Theoretical analysis shows that prediction of the energy loss in this region is important for designing the ventilation system. A finite-difference numerical model for the two-dimensional turbulent flow field was used to obtain the flow solution as well as the energy loss. It was shown that the blower-nozzle angle ($\beta$) had an important role in establishing both the pressure gradient and the energy loss, while the effect of the distance between two ports on them was not so significant.

• 한국가스학회지
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• 제15권3호
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• pp.53-57
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• 2011

본 연구는 배열회수보일러(HRSG)에서의 유동특성을 유동수치해석을 통하여 분석하였다. HRSG 입구영역은 가스터빈 후류의 출구에 해당하고 가스터빈 후류는 강한 선회 및 난류 유동이다. 따라서 HRSG 입구 유동은 가스 터빈 출구 유동 특성이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 HRSG 입구 유동 경계조건을 가스터빈 출구 유동 해석을 통하여 도출된 결과를 이용하였다. 가스터빈 출구 유동해석 결과를 보면 축방향 속도가 가장 크게 나타나는 곳이 원형 덕트의 벽면 측이고 난류운동에너지와 소산율이 크게 나타나는 곳이 속도 구배가 급격한 곳으로 축방향 속도가 최대가 되는 곳과 차이가 있다. 본 연구에서는 HRSG 입구영역에서의 난류 성분을 가스터빈 출구 유동을 계산 한 결과를 이용한 경우와 난류강도를 속도의 10%를 이용하고 원형 덕트의 직경을 특성 길이로 사용한 두 가지 경우에 대하여 유동해석을 통하여 유동 특성을 비교하였다. 본 연구를 통하여 HRSG 입구 유동 경계조건은 반드시 난류성분이 올바르게 적용되어야 HRSG 유동 특성 해석의 정확성을 기할 수 있음을 알았다.

• 한국음향학회지
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• 제34권1호
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• pp.36-45
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• 2015

유동광대역소음을 효율적으로 예측하기 위하여 통계적으로 난류를 재생하는 방법에 대한 많은 연구들이 최근에 진행되고 있다. 그 중에서도, FRPM(Fast Random Particle Mesh) 기법은 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식 해석을 통해 도출된 정상상태 유동장의 난류 운동에너지와 소산 값을 이용하여 특정한 통계적 특성을 가지는 난류를 재생하는 기법으로서 유동광대역소음 문제 등에 성공적인 적용 예에 대해서 보고되고 있다. 하지만 기존의 FRPM 방법은 축류팬과 같이 축 대칭 특성을 갖는 기계의 경우 정상상태의 유동장을 기초로 광대역소음을 예측하는 문제에는 적용할 수 있으나, 원심팬과 같이 볼루트 영역으로 인하여 축 대칭이 성립되지 않는 기계류의 유동광대역소음에는 적용할 수 없다. 본 연구에서는 이러한 FRPM 기법을 확장하여, 원심팬에서 발생하는 광대역소음을 효율적으로 예측하기 위하여 비정상 RANS 방정식의 수치해와 연계하여 광대역소음원으로 고려되는 난류를 특정한 통계적 특성을 가지도록 재생할 수 있는 U-FRPM(Unsteady-FRPM) 기법을 제안하였다. 먼저 전산유체역학을 사용하여 RANS 방정식을 해석함으로써, 원심팬 주위의 비정상상태 유동장 정보를 도출하고, 음향상사법(Acoustic Analogy)을 기초로 도출된 유동소음원을 U-FRPM을 이용하여 모델링하였다. 모델링된 소음원은 경계요소법을 통해 구현되는 선형음향전파모델과 연계하여 수음점에서 광대역소음을 예측하는데 이용되었다. 예측된 결과와 실험결과의 비교를 통해 본 논문에서 제시한 방법의 유효성을 확인하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.253-253
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• 2019

유사의 이동은 하천, 해안 지역과 같은 수계에서 하상의 변동, 침식과 퇴적을 일으켜 지형적인 변화를 초래한다. 유사의 이동은 유사의 특성과 유체의 유수동역학적 특성에 의해 결정되며 유체특성 간의 복잡한 상호 작용에 의해 변화한다. 유사가 가지는 점착성은 유사의 특성에 큰 영향을 끼친다. 입자의 크기가 매우 작은 점착성 유사는 그 표면이 가지는 전자기적 점착력에 의해 주위의 1차 입자나 다른 작은 알갱이들이 서로 뭉치는 응집과 충돌에 의해 크기가 작아지는 파괴의 과정을 겪는다. 이 과정을 응집현상이라고 하며 응집현상을 통해 점착성 유사의 크기와 밀도, 침강속도는 계속해서 변화한다. 따라서 점착성 유사의 응집거동 고려한 유사 이동 연구는 필수적이다. 과거 연구의 많은 사례에서 유사의 크기와 농도는 비례 관계를 가지는 것이 일반적이라 알려져 있다. 그러나 실제 현장에서 측정한 결과 유사의 크기와 농도가 반비례 관계를 가지는 특이점이 발견되었다. 실측 연구에서 발견된 응집거동에 따른 유사의 특성의 특이한 변화를 설명하기 위해 1차원 연직 수치 모형(1DV)을 이용하여 수치 실험을 수행하였다. 모의 수행 시, 흐름 조건을 크기와 방향이 일정한 순방향흐름(Current)에 특정 주기와 진폭을 가지는 진동 흐름(Oscillatory Flow)을 추가하여 진행하였다. 플럭의 성장과 그에 따른 입자의 크기는 많은 현상에 영향을 받는다. 그 중 응집현상의 응집 과정과 파괴 과정 중 어떤 현상이 더 우세한지 그 경쟁관계를 파악하여 플럭의 크기의 증감을 예측할 수 있게 농도(?)와 난류소산매개변수(?)를 이용하여 $c/G^{0.5}$로 매개화하였다. 실험 결과, 순방향 흐름을 제외하고 스토크스파 흐름 조건을 이용하여 진행된 모의에서는 플럭의 크기와 농도가 반비례하는 현상을 관찰할 수 없었으며 $c/G^{0.5}$ 의 변화 역시 흐름의 속도와 농도가 더 큰 지점에서 큰 값을 가지는 일반적인 결과를 나타내었다. 그러나 같은 조건에서 순방향흐름을 추가하여 모의한 결과에서는 플럭의 크기와 농도가 반비례하는 현상을 나타냈다. 연직 방향 $c/G^{0.5}$의 변화를 나타낸 그래프에서 응집과 파괴의 우세에 따라 $c/G^{0.5}$ 가 역전되는 현상을 확인하였다. 즉, 플럭의 크기는 난류의 구조와 그 영향에 의해 농도와 비례관계를 갖지 않을 수도 있다고 판단된다. 또한 본 연구에서 정상류 흐름 조건의 유무에 따라 플럭의 크기와 농도가 비례하거나 반비례하는 상반된 결과를 보였다. 정상류 흐름 조건이 난류의 강도에 큰 역할을 하며 이에 따라 비선형 관계에 영향을 끼친다는 것을 발견하였다. 그러나 흐름의 영향에 대한 더 자세한 분석은 본 연구에서 진행되지 않았으며 향후 연구 시에 분명히 고려되어야 할 사항이다.