• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2004.11a
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• pp.846-852
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• 2004

This paper proposes a method to calculate the characteristics of a coupled hydrodynamic journal and thrust bearing of a HDD spindle motor. The governing equations for the journal and thrust bearings are the two dimensional Reynolds equations in ${\theta}z$ and $r\theta$ planes, respectively. Finite element method is appropriately applied to analyze the coupled journal and thrust bearing by satisfying the continuity of mass and pressure at the interface between the journal and thrust bearings. The pressure in a coupled bearing is calculated by applying the Reynolds boundary condition and compared with that by using the Half-Sommerfeld boundary condition. The static characteristics are obtained by integrating the pressure along the fluid film. The flying height of spindle motor is measured to verify the proposed analytical result. This research shows that the proposed method can describe HDB in a HDD system more accurately and realistically than the separate analysis of a journal or thrust bearing.

• 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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• 2022.05a
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• pp.256-256
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• 2022

레이놀즈 분해법은 유속을 비롯한 변수를 평균 성분과 변동 성분으로 분해하는 분석 방법으로, 난류 분석의 기본이 되는 방법이다. 그러나 유체 내에 장애물이 존재할 경우, 흐름에 큰 와류가 존재하여 난류 변동 성분과 구분되는 고유 구조가 형성되는데, 이러한 경우에 레이놀즈 분해법을 적용하면 고유 구조의 변동 성분이 난류로 처리되어 난류 강도가 과다하게 책정될 수 있다는 한계점이 있다. 이에 대한 대안으로 제안된 것이, 변수를 평균 성분, 파동 성분, 변동 성분으로 분해하는 삼중 분해법이다. 삼중 분해법은 흐름 내의 고유 구조를 추출하는 것을 가능하게 하여 다양한 연구에서 사용되어왔다. 삼중 분해법을 구현하기 위해 이용되는 방법론 중 하나로, 공분산 행렬을 이용하여 유속장을 분해하는 방법인 적합 직교 분해법이 많이 사용된다. 본 연구에서는 원기둥 후류에 적합 직교 분해법을 사용하여 삼중 분해법을 시행하고, 후류의 흐름 구조를 분석하는 것을 목표로 하였다. 영상 유속계를 사용하여 실험을 통해 원기둥 후류의 수평 유속장을 측정하였고, 측정 자료에 적합 직교 분해법을 적용한 결과, 첫 두 모드에서 큰 규모의 와류가 파동 형태로 전파되는 것이 관찰되어 고유 구조의 존재를 확인할 수 있었다. 해당 성분을 삼중 분해법의 파동 성분으로 상정하였고, 푸리에 분석을 적용한 결과에서도 원기둥 후류의 고유 진동수가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 원기둥 후류의 에너지 전달 구조를 확인하기 위하여 에너지 방정식에 삼중 분해법을 적용하여 식을 유도하고, 실험 자료로부터 각 항을 계산하여 비교해보았다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.36 no.8
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• pp.1091-1096
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• 2012

The aerodynamic characteristics of circular cylinder in a channel are studied to make clear the flow feature by solving the Navier-Stokes equation based on the finite volume method with unstructured grids. Reviews are made on with the vorticity, velocity, dynamic pressure, residual and drag, where the Reynolds numbers are 50 and 100. The flows for $Re{\succeq}50$ shows the vortex shedding in the wake, and the result is the same as the case of moving cylinder. The ground effect of flat bottom results in the growth of vortex, being generated in the upper side of the cylinder and elongated in the rear. As the cylinder approaches to wall, for example 0.6, the cylinder plays as a role of blockage to obstruct the flow between the cylinder and wall. The drag coefficients are compared with others' results to confirm the validity of the present numerical simulation.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.34 no.3
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• pp.813-820
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• 2014

This study presents a numerical modeling of mean flow and turbulence structures of partly-vegetated open-channel flows. For this, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with vegetation drag terms are solved numerically using the non-linear k-${\varepsilon}$ model. The numerical model is applied to laboratory experiments of Nezu and Onitsuka (2001), and simulated results are compared with data from measurement and computations by Kang and Choi's (2006) Reynolds stress model. The simulation results indicate that the proposed numerical model simulates the mean flow well. Twin vortices are found to be generated at the interface between vegetated and non-vegetated zones, where turbulence intensity and Reynolds stress show their maximums. The model simulates the pattern of the Reynolds stress well but under-predicts the intensity of Reynolds stress slightly.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.26 no.6B
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• pp.573-581
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• 2006

This paper presents a turbulence modeling of the open-channel flows over smooth-rough bed strips. A Reynolds stress model is used for the turbulence closure. The simulated mean flow and turbulence structures are compared with the previously reported experimental data. Comparisons reveal that the developed Reynolds stress model successfully predicts the mean flow and turbulence structures of open-channel flows over smooth-rough bed strips. The computed flow vectors show cellular secondary currents, of which the upflow occurs over the smooth bed strip and the downflow over the rough bed strip. It is found that the cellular secondary currents affect the mean flow and turbulence structure. A budget analysis of the streamwise vorticity equation is also carried out to investigate the mechanism by which the secondary currents are generated.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.138-138
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• 2011

식생된 개수로에서 식생의 영향을 파악하기 위해 k-$\in$ 난류 모형을 이용하여 수치모의를 하였다. 식생의 영향을 고려하기 위해 항력항을 추가한 지배방정식을 구성하였으며, 지배방정식을 해석하기 위하여 유한체적법을 사용하였다. 수치모의에서 구한 식생된 개수로의 흐름구조를 기존의 수리실험 결과와 비교하여 비교적 잘 일치함을 확인할 수 있다. 난류의 생성과 소멸을 수치모의한 결과, 부분구간 식생된 경우 식생높이 보다 낮은 구간에서는 후류에 의한 난류 생성이 지배적이며, 식생높이보다 높은 구간에서는 주로 마찰에 의한 난류 생성이 지배적임을 보였다. 기존의 연구들은 식생의 영향을 고려하여 개수로의 흐름을 연구한 예는 드물며, 현재까지 진행되어진 국내의 연구는 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서의 흐름 구조를 모의하였다. 따라서 난류흐름을 모의하는데 가장 보편적인 k-$\in$ 난류모형을 이용하여 식생된 개수로에서 수직방향으로의 흐름구조와 식생의 영향을 해석하는 것은 그 자체로도 의미 있는 연구이며, 앞으로의 환경수리 문제를 해결하기 위해 선행되어야 하는 연구이다. 식생된 개수로에서의 난류구조와 부유사 이동에 대한 식생의 영향을 비정상 1차원 수직모형으로 해석하였으며, 폐합문제를 위해 2-방정식인 k-$\in$ 난류모형을 사용하였다. k-$\in$ 난류모형에 식생에 의한 항력항을 더하여 지배방정식을 구성하였다. 수직방향에 대해 흐름방향 유속 u, 난류에너지 k, 그리고 난류에너지 소산율 $\in$의 분포를 구하고, 부유사에 대한 수송방정식을 풀었다. 식생된 개수로와 식생되지 않은 개수로에서의 유속분포, 난류강도, 레이놀즈 응력 분포와 난류의 생성과 소멸을 구하여 식생이 난류흐름에 미치는 영향을 분석하였다.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.33 no.2
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• pp.13-29
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• 1996

This paper presents calculated results of the free-surface flow around a Series 60($C_B=0.6$) model. Three-dimensional Navier-Sotkes equations are solved and Baldwin-Lomax algebraic turbulence model is adopted to simulate the high Reynolds-number flow. To reduce computational efforts, velocity components near the wall are extrapolated with a the solved by using the Implicit Approximate Factorization method[2]. The successive-over-relaxation method is used for solving pressure-Poisson equation when obtaining the pressure field projecting the divergence-free velocity field. To simulate the free-surface flows more precisely, the numerical scheme solving the equation for the kinematic boundary condition is very important. In this paper, there numerical schemes are employed and the results are compared with the available experimental data.

• Journal of computational fluids engineering
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• v.13 no.2
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• pp.55-61
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• 2008

The Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) analysis of the 3-D steady flow around the NREL Phase VI horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor was performed. The CFD analysis results were compared with experimental data at several different wind speeds. The present CFD model shows good agreements with the experiments both at low wind speed which formed well-attache flow mostly on the upper surface of the blade, and at high wind speed which blade surface flow completely separated. However, some discrepancy occurs at the relatively high wind speeds where mixed attached and separated flow formed on the suction surface of the blade. It seems that the discrepancy is related to the onset of stall phenomena and consequently separation prediction capability of the current turbulence model. It is also found that strong span-wise flow occurs in stalled area due to the centrifugal force generated by rotation of the turbine rotor and it prevents abrupt reduction of normal force for higher wind speed than the designed value.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.2
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• pp.121-130
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• 2009

An unsteady numerical simulation method for an autorotating rotor in forward flight was developed. The flapping and rotational equations of motion of autorotation are continuously integrated for given time steps, meanwhile the induced velocity field at disc plane is obtained by the dynamic inflow theory embodying the unteadiness. The transitions from arbitrary initial states to equilibrium states were simulated. Steady autorotations as numerical solutions of equations were predicted by using two sources of blade airfoil data. The simulations using airfoil data which were obtained by a two dimensional Navier-Stokes solver in terms of angles of attack and Reynolds numbers have shown good agreements with wind tunnel experimental results.