• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.16 no.12
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• pp.2349-2357
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• 1992

Experimental were performed to investigate the turbulent boundary layer over the flat plate when the surface roughness undergoes a step change from rough to smooth under zeoro pressure gradient. well sthear stress was measured by the Computational Preston Tube Method(CPM). The inner layer near the wall adapts rapidly to a new surface condition but the outer flow far from the wall rather slowly. After a sudden change of roughness, the values of wall shear stress discontinuously reduces and then slowly approaches to the value in the equilibrium boundary layer at the down stream. The variation of the von Karman constant indirectly measured by CPM method shows that the flow near the wall at the downstream is highly non-equilibrium state.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.244-244
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• 2021

난류흐름 거동은 지형이나 수공구조물과 같은 고체 경계면의 변화에 민감하게 반응하며 특징 또한 다양하다. 보나 여수로 등과 같은 단차 구조물을 통과하는 흐름은 구조물의 모서리 같은 흐름 경계면이 급변하는 지점에서는 흐름분리(flow separation)가 발생하는 것이 특징이다. 이러한 흐름분리로 인해 전단층이 발생하며 흐름 재순환(recirculation)이 구조물 하류부에 형성된다. 이 연구에서는 낙차공 형식의 단차 구조물 하류부에서의 흐름 거동을 이해하기 위해 CFD모델링을 통하여 계산된 3차원 유동장을 분석한다. 난류 모의는 하이브리드 LES(large-eddy simulation)/RANS 계산 기법인 IDDES(improved delayed detached-eddy simulation)기법을 적용한다. IDDES의 기본 모형으로는 k-ω SST모형과 Spalart-Allmaras모형을 이용하여 두 모형의 성능을 평가한다. 자유수면의 변동은 VoF(volume of fluid)기법을 이용하여 계산하며, 각 지배방정식은 최소의 수치분산을 유지하면서 수치해의 안정성을 확보할 수 있는 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 이산화하였다. 수치해석 결과는 레이놀즈수 23,400과 후르드수 0.22의 조건에서 기존에 계측된 자료와 비교하여 수치모형의 정확도를 평가하고 하상 단차 하류부에서의 흐름 거동 특성을 분석한다. 계산 결과는 공학적으로 널리 사용되는 RANS 수치모의에서 볼 수 없는 전단층과 난류구조의 동적 거동 특성과 이에 따른 레이놀즈 응력분포의 특성을 설명해준다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.24-24
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• 2021

자연하천 바닥 경계층 내에서는 복잡한 난류 구조가 형성되며 이들은 하상에 강한 모멘텀을 전달한다. 바닥 부근에 분포하는 유사 입자들은 경계층 내에서 발생한 난류 흐름으로부터 모멘텀을 전달받아 소류사 혹은 부유사 형태로 이송되게 되며, 이러한 유사 이송 과정을 역학적으로 설명하기 위해서는 경계층 내 유체 흐름에 대한 이해가 선행되어야한다. 경계층 내 난류 흐름 특성이 유사 입자의 움직임에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해서는 바닥 경계층 내 고해상도 유속 자료와 유사 움직임을 동시에 포착할 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 현재까지 수행된 대부분의 선행 연구들은 점 유속을 측정할 수 있는 음파 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Velocimetry) 혹은 2차원 입자 영상 유속계를 활용하였으며, 이들은 복잡한 3차원 난류 흐름 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 실험실 실험을 통해 바닥 경계층 내 3차원 난류 흐름이 유사 이송에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 본 연구에서는 유사 주변에서의 고해상도 3차원 흐름 유동장 및 순간적인 유사 움직임에 대해서는 합성 개구 (synthetic aperture) 기반의 3차원 입자 영상 유속계 및 입자 추적 유속계를 활용하여 취득하였다. 취득된 흐름 유동장을 기반으로 레이놀즈 전단응력을 산정하였으며 이를 통해 유체가 하상에 미치는 모멘텀의 크기를 파악하였다. 복잡한 난류 흐름 구조에 대해서는 팔분원 분석 (octant analysis)을 통해 구분했으며, 유사가 움직이는 순간의 유속장을 기반으로 유사 이송을 발생시키는 지배적인 난류 흐름 특성에 대해 규명하였다. 본 연구는 바닥 경계층 내 복잡한 3차원 난류 흐름과 유사 입자의 움직임을 동시에 분석함으로써 기존에 수행되어왔던 선행 연구들의 한계점을 극복하고 보다 명확한 유사 이송의 발생 원인에 대해 분석했다는 점에 의의가 있다.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.55 no.2
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• pp.147-157
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• 2022

The backward-facing step (BFS) is a benchmark geometry for analyzing flow separation occurred at the edge and resulting development of shear layer and recirculation zone that are occupied by turbulent flow. It is important to accurately reproduce and analyze the mean flow and turbulence statistics of such flows to design physically stable and performance assurance structure. We carried out 3D RANS computations with widely used, two representative turbulence models, k-ω SST and RNG k-ε, to reproduce BFS flow at the Reynolds number of 23,000 and the Froude number of 0.22. The performance of RANS computations is evaluated by comparing numerical results with an experimental measurement. Both RANS computations with two turbulence models appear to reasonably well reproduce mean flow in the shear layer and recirculation zone, while RNG k-ε computation results in about 5% larger velocity between the outer edge of boundary layer and the free surface above the recirculation zone than k-ω SST computation and experiment. Both turbulence models underestimate the shear stress distribution experimentally observed just downstream of the sharp edge of BFS, while shear stresses computed in the boundary layer downstream of reattachment point are agree reasonably well with experimental measurement. RNG k-ε modeling reproduces better shear stress distribution along the bottom boundary layer, but overestimates shear shear stress in the approaching boundary layer and above the bottom boundary layer downstream of the BFS.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.15 no.1
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• pp.274-284
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• 1991

Mean flows and Reynolds stresses through circular and elliptic wire-mesh screens in the wind tunnel are measured by using the hot-wire system, and flow structures are investigated. Flow in the core of the wake are nearly uniform and the shear layer is developed along the edge of the screen The turbulent kinetic energy in the core decreases at the fast rate. However turbulence components are not in local equilibrium in the shear layer. The shear layer of the circular screen develops outward according to the radial mean motion. On the other hand, 3-dimensional transverse mean motion was turned to the main mechanism for the elliptic shape of the wake to be circular at the downstream.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.4
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• pp.403-413
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• 1985

Hot-wire measurements of second and third-order mean products of velocity fluctuations have been made in the separated, reattached, and redeveloping boundary layer behind a vertical fence. Mean velocity, wall static pressure distributions have also been measured in the whole flow field. Upstream of the reattachment point, the separated shear layer developes as a free mixing layer, but the gradient of the maximum slope thickness, turbulent intensities and the Reynolds shear stress are higher than that of the mixing layer due to initial streamline curvature and the effects of highly turbulent recirculating flow region. In the reattachment region, Reynolds shear stress and triple products near the surface is far more rapid than the decrease of the shear stress; that is the presence of the solid wall has a marked effect on the apparent gradient diffusivity of intensity or shear stress and throws doubts upon the usefulness of the simple gradient diffusivity model in this region.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.5
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• pp.1234-1243
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• 1990

Double coaxial are jets(annular and coaxial air jets) between which propane gas is fed was selected to study the structure of diffusion flames in turbulent shear flow. Schlieren and direct photographs are taken to visualize the flame structure. Mean and fluctuating temperatures and ion currents were measured to investigate the macroscopic and the instantaneous flame structure. The objective of this study is to understand the interaction between combustion and mixing process especially in the transition region of turbulent shear flow. The investigation reported in this paper focuses on the macroscopic and the instantaneous structures of three flames obtained. The increased mixing effect resulting from increase of Reynolds number of central air jet makes the flame bluish and short. When the velocity of surrounding air stream is higher than that of central air jet, the instantaneous flame structure is composed of coherent structure. It is considered that the flame structure of transitional region of mixing layer depends on the structure of mixing layer of non-reacting conditions.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.9 no.4
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• pp.497-508
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• 1985

본 논문에서는 일양한 예혼합 기류중에 놓여진 원주 후류의 고온 순환류에 의 해 보지되는 난류 예혼합 화염을 대상으로 해서 유동의 가시화 및 온도와 이온전류의 변동의 측정에 의해서 화염의 구조를 조사한 결과, 원주 보염기 후류의 재순환 영역부 근에 형성된 전단층에 있어서는 코히렌트(Coherent)구조의 화염이 되고 하류부에서는 불규칙한 3차원 와(渦)에 지배되는 전파성 화염이 형성 되었다. 온도변동에 대한 쌍 봉성의 확율밀도분포와 이온전류변동에 대한 3개의 피이크의 확율밀도분포는 엷은 반 응면을 사이에 두고 미연혼합기괴와 기연가스괴가 서로 접하는 주름 상층류화염 또는 층류화염편의 구조에 대응하며, 코히렌트 와(渦)에 지배되는 화염에 있어서는 거시적 혼합은 코히렌트 와의 거동에 지배되나 그 구조는 주름상층류 화염과 일부 강한 전단 력을 받는 부분에는 분산 반응영역의 구조임이 밝혀졌다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.31 no.2
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• pp.10-16
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• 2003

The unsteady supersonic flow over tandem cavities has been analyzed by the integration of Navier-Stokes equations with the k-$\varepsilon$ turbulence model. The unsteady flow is characterized by the periodicity due to the mutual relation between the shear layer and the internal flow in cavities. The upwind TVD scheme based on the flux vector split with the van Leer limiters is used. The results show the principal frequency is very reasonable. The principal frequency of the rear cavity due to the front cavity has been analyzed by the combination of the several aspect ratios of cavities. In the case of the front cavity of low aspect ratio, the frequencies of tandem cavities are almost same, because two shear layers developed from each cavity are mixed and developed to one shear layer. However, in the case of the front cavity of high aspect ratio, the characteristis of frequency are very different, because the second shear layer is developed in the diffused first shear layer.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.14 no.4
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• pp.912-919
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• 1990

본 연구에서는 다중선회연소기의 원리에 기초하여 속도차가 있는 두 공기류의 전단층에 기체연료를 분출하여 연소시키면 연료가 두 공기류 사이에 유입되므로 연료 가 산화제의 접촉면적이 증대되고 또한 난류혼합속도가 큰 영역으로 연료가 유입되므 로 혼합효과가 증대되어 고부하연소에 적절한 방식이 될 것으로 생각하여 동축이중공 기분류중의 난류 확산화염에 대해 그 화염구조를 밝히고 이 화염을 실용연소기에 응용 하기 위한 기초자료를 얻는데 목적이 있다.