• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.147-157
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• 2022

후향단차 수공구조물의 모서리에서는 흐름분리가 발생하며 이로 인해 형성되는 전단층과 재순환 흐름 영역에서의 흐름은 복잡한 난류가 지배적이다. 물리적으로 안정하면서 성능이 보장되는 구조물 설계를 위해서는 이러한 난류 흐름의 거동을 정확하게 예측하고 분석하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 공학적으로 널리 이용되고 있는 대표적인 난류 모형인 k-ω SST 모형과 RNG k-ε 모형을 이용한 3차원 RANS 계산을 통해서 개수로에 설치된 후향단차를 통과하는 난류 흐름을 레이놀즈 수 23,400과 후르드 수 0.22의 조건에서 수치모의하고, 해석 결과를 기존 실험자료와 비교 분석하여 수치해석의 성능을 평가하고자 한다. 두 가지 난류 모형을 이용하여 구한 평균유속 분포를 보면 모두 경계층에서 관측된 실험값을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 재순환 영역 상부에서 계산된 평균유속을 보면 RNG k-ε 모형이 k-ω SST 모형보다 중앙부에서의 유속을 약 5% 정도 크게 계산하는 것으로 나타났다. 난류 통계량 관점에서 보면 두 난류 모형 모두 단차 모서리 직하류에서 흐름 분리로 인해 발생하는 레이놀즈 전단응력을 현저히 과소산정하는 한편, 재부착점 하류에서는 실험값을 상대적으로 양호하게 재현하는 것으로 나타났다. RNG k-ε 모형은 수로 바닥 부근 경계층에서의 전단응력 분포를 k-ω SST 모형보다는 우수한 정확도로 실험값을 계산하는 반면에 접근수로 경계층에서 그리고 단차 하류부에서는 경계층 상부에서 전단응력을 과대 산정하는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권7호
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• pp.639-646
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• 2014

난류모델에서 벽면처리법이 터빈 노즐 베인의 열전달 예측에 미치는 영향을 비교 분석하였다. 본 연구를 위해 NASA의 C3X 터빈 노즐 베인을 사용하였다. 벽함수 방법, 저레이놀즈수 방법, 천이모델을 사용하여 베인 표면에서의 압력 및 온도를 해석하였다. 해석 결과 터빈 노즐 베인의 중간 압력분포는 각 벽면처리법에 따른 차이 없이 실험값과 잘 일치하였다. 그러나 터빈 노즐 베인의 온도와 열전달 계수는 각 벽면처리법에 따라 큰 차이를 보였다. 전반적으로 저레이놀즈수 방법과 천이모델은 벽함수 방법에 비해 온도 및 열전달 계수 예측에 특별한 이점을 보이지 않았으며, 벽함수 방법을 적용한 레이놀즈응력 난류모델이 터빈 노즐 베인 표면의 온도 및 열전달 계수를 비교적 잘 예측하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권5호
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• pp.991-998
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• 1989

본 연구에서는 충돌각을 변수로 한 실험적 연구를 수행하기 위하여 여타의 변수를 고정하였으며, 유속은 R$_{e}$=5.2*$10^{4}$의 결과를 제시하였다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제15권3호
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• pp.47-51
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• 2017

In this study, we investigate the wake characteristics in laminar inflow and two different turbulent inflow cases. To solve the flow with wind turbines and its wake, we use large eddy simulation (LES) technique with actuator line method (ALM) and turbulent inflow of Turbsim. We perform the quantitative analysis of velocity deficit and turbulent intensity in laminar inflow case and turbulent inflow case with different turbulent intensity. In turbulent inflow, unsteady strong wake recovery which is highly fluctuated in time. Normalized power in turbulent inflow case is also highly fluctuated with unsteady wake recovery, while that in laminar inflow has quasi steady characteristic in power generation.

• 설비공학논문집
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• 제14권12호
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• pp.1056-1062
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• 2002

This paper reports the characteristics of the three dimensional turbulent flow in the 180 degree bends with decreasing cross-sectional area by numerical method. Calculated pressure and velocity, Reynolds stress distributions are compared to the experimental data. Turbulence model employed are low Reynolds number k-epsilon model and algebraic stress model. The results show that the main vortex generated from the inlet part of the bend maintained to outlet of the bend because of the contraction of cross-sectional area. The rate of increase of turbulent kinetic energy through the bend are lower than that of mean flow. Secondary flow strength of the flow is lower about 60% than that of square duct flow.

• 한국전산유체공학회지
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• 제2권2호
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• pp.1-8
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• 1997

Two versions of anisotropic k-ε turbulence model are incorporated in the modified k-ε model of Sohn et al. to avoid the need for the experimental normal stress value in the model and applied to convergent and divergent flows with strong and adverse pressure gradients in the plane of symmetry of a body of revolution. The models are the nonlinear k-ε model of Speziale and the anisotropic model of Nisizima & Yoshizawa. All of the models yield satisfactory results for relatively complex flow on a plane-of-symmetry boundary layer. The results of the models are compared with those results of experimental normal stress value.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제21권2호
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• pp.136-143
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• 1997

직경 비가 0.56인 이중동심관에 내외측모두 매끈한 벽면, 벽면 거칠기를 안측, 외측, 그리고 양측 모두의 4경우에 대한 난류 유동과 열전달특성을 실험과 이론으로 연구하였다. 시간평균속도분포, 마찰계수, 그리고 최대 속도 지점과 전단응력이 0인 지점들을 피토튜브와 X형 열선 풍속계로 측정하였다. 이중동심관내에서 4가지 경우에 따른 사각돌출형 거칠기효과가 난류 유동과 열전달에 미치는 영향을 수정난류모델을 기초로 하여 연구하였다. 직경비, 거칠기 위치, 레이놀즈수, 그리고 프란틀수 등의 여러 변수에 의해서 난류 유동과 열전달을 고찰하였다. 본 연구는 전체적 효율 측면에서 유리하게 열전달율을 향상시킬수 있는 거칠기 구조를 밝혔다.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권2호
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• pp.509-518
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• 1995

A study for the flame stability and the combustion characteristics of coaxial diffusion flame was conducted. The fuel employed was natural gas. The experimental variables were rim thickness of fuel tube, blockage ratio of the outer diameter of fuel tube to the inner diameter of air tube, and momentum ratio of fuel to air. It was consequently found that the stability in the neighborhood of the fuel rim depended on the rim thickness, especially in the case of above 3 mm, and that the stable region of the flame extended remarkably due to the formation of recirculation zone above rim. The effect of the blockage ratio on the flame stability was found to be minor in the case of above 3 mm of rim thickness. Between the momentum ratio 2 and 3, the stable flame zone was widely established as well good combustion. With increasing the fuel-air momentum ratio, axial velocity, turbulence intensity, and Reynolds stress increased.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집B
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• pp.473-478
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• 2000

In this study, the characteristics of the three-dimensional turbulent flow in a rotating square sectioned $90^{\circ}$ bend were investigated by numerical simulation and experiment. In the experimental study, the characteristics of a developing turbulent flow are measured using hot-wire anemometer to seize the rotational effects on the flow characteristics and to compare the results of computational simulation with Reynolds stress model. Each refinement is shown to lead to an appreciable improvement in the agreement between measurement and computation.