• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권4호
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• pp.363-372
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• 2000

벽면운동과 임피던스 페이즈앵글(압력파와 유량파 사이의 시간차)이 벽면전단응력의 크기와 분포에 미치는 영향을 규명하기 위해 맥동유동하에 있는 직선 탄성혈관에서 전산유체해석을 수행하였다. 탄성을 갖는 직선혈관의 경우에는 벽면운동과 임피던스 페이즈앵글을 고려한 섭동해가 존재하는데, 이를 본 연구의 수치해와 비교함으로 수치해의 타당성을 입증하였다. 해석결과, 혈관의 벽면운동으로 인해 축방향 속도분포와 압력구배의 값에 어떤 추가분이 발생하는 것을 관찰하였다. 이러한 추가분에 의해 벽면전단응력(wall shear stress) 및 압력구배(pressure gradient)의 진폭(amplitude: time-varying component)은 감소하고 평균값(mean: time-averaged component)에도 변화를 보였는데 그 변화의 경향은 임피던스 페이즈앵글에 따라 매우 다른 모습을 보였다. 즉, 임피던스 페이즈앵글이 음의 값을 갖게 될 수록 벽면전단응력의 평균은 감소하고 진폭은 증가하는 경향을 보였다. $\pm$4%의 벽면운동이 있는 경우 대동맥에서 임피던스 페이즈앵글의 변화 가능범위인 0$^{\circ}$에서 -90$^{\circ}$로 페이즈 앵글을 감소시켰을 때 벽면전단응력의 평균값은 10.5% 감소하고 진폭은 17.5% 증가하였다. 그러므로 고혈압환자와 같이 음의 큰 페이즈앵글을 갖는 경우 벽면 전단응력의 시간에 따른 변화량(진폭/평균)이 상대적으로 커지므로 low and oscillatory shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권3호
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• pp.261-271
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• 2000

벽면운동(wall motion)과 임피던스 페이즈앵글(impedance phase angle; 압력파와 유랑파 기아의 위상차)을 고려하여 맥동유동하에 있는 복부대동맥 분기관모델에서 2차원 전산유체해석을 수행하였다. 해석결과 분기광 근처에서응 전단응력의 크기가 매우 급격한 변화를 보임을 관찰하였고 벽면운동은 전단응력의 진폭을 감소시키는 효과를 가져왔다. 임피던스 페이즈 앵글이 음의 값을 향해 갈수록 시간 평균된 벽면 전단응력(mean wall shear stress)의 값은 감소하였으나 진폭(amplitude of wall shear stress)은 오히려 증가하였다. 페이즈앵글의 영향은 평균 벽면전단응력이 영에 근접하는 외벽(outer wall or lateral wall)의 바같쪽으로 휘어지는 부분(curvature site)에서 상대적으로 크게 나타났는데 $-90^{\circ}$ 페이즈앵글(혈류파가 혈압파를 1/4주기 앞서는 경우)일 경우에 $0^{\circ}$의 경우에 비해 평균은 $50\%$정도 감소하였고 진폭은 $15\%$정도의 상승를 나타내었다. 그러므로 고혈압 환자와 같이 큰 음의 페이즈앵글을 갖는 경우, 벽면전단응력의 평균은 낮아지고 시간에 따라 변화량(진폭)은 증가하므로 low and oscillatory wall shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다. 비뉴턴유체로 모델링한 경우에는 뉴턴유체의 경우에 비해 벽면전단응력의 평균값이 증가하므로서 동맥경화에 덜 민감하게 된다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제23권6호
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• pp.437-449
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• 2002

관상동맥은 체순환 동맥과 비교하여 매우 다른 유동조건을 갖는다. 본 연구에서는 이러한 관상동맥의 유동조건이 다른 혈관과 비교하여 동맥경화의 생성과 발전에 어떤 영향을 미치는지를 협착된 혈관 모델의 혈류역학적 전산유체해석을 통해 분석하였다. 연구 결과, 협착된 관상동맥 모델의 유동장과 벽면전단응력의 분포는 복부 대동맥 및 고동맥과 비교하여 큰 차이점을 보였다. 관상동맥은 혈관 지름이 혈류량에 비해 상대적으로 작으므로 큰 벽면전단응력값을 보이는 반면에, 혈관 협착부 목 후방부에 하나의 보텍스만 보이는 단순한 유동장 분포를 보였다. 한편, 복부대동맥과 고동맥 모델은 협착부 목 전반부와 후방부에 여러 개의 보텍스를 나타내는 복잡한 유동장을 형성하였다. 관상동맥 모델에서는 임피던스 페이즈앵글이 음의 큰 값을 가질 때에 벽면전단응력의 크기가 증가하고 재순환영역이 증가함이 관찰되었다. 그러므로 심장의 수축운동과 -110。에 이르는 관상동맥의 큰 음의 임피던스 페이즈앵글 값은 동맥경화를 촉진시키는 유동환경을 조성함을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2015

자연하천의 주요한 특징 중 하나인 하천의 사행은 직선수로에서 예측되는 유속분포를 왜곡시키며 매우 복잡한 흐름구조를 형성한다. 이는 하상 경계면에서 발생하는 전단응력 분포의 변화를 야기하는데 하상 경계면에서의 전단응력은 다양한 경험적 관계에 의존하는 유사이동의 한계 소류력 산정 및 오염물질 거동해석의 분산계수 산정에 많은 영향을 미치게 된다. 물리적인 관측을 통한 하상 경계면에서의 전단응력의 관측은 다소 제한적이며 많은 비용을 요구한다. 따라서 하상 경계면에서 발생하는 전단응력의 경우 수심의 20% 이하의 연직 유속분포를 벽법칙에 적용하여 추정하는 방법이 주로 이루어지고 있다. 벽법칙을 이용한 하상 경계면의 전단응력을 계산하는 경우 대수중복층의 유속 분포 $u/u^*=(1/{\kappa})ln(zu^*/{\nu})+B$에서 무차원상수 ${\kappa}$와 B의 적절한 추정이 요구되어 진다. 일반적으로 무차원상수 ${\kappa}$와 B는 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 대략 ${\kappa}=0.4$, B=5.5로서 경험적으로 이용되고 있다. 본 연구에서는 직선수로 및 다양한 사행수로의 3차원 흐름장 모의를 수행하여 벽법칙의 대수 중복층을 따르는 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교하였다. 수치모의 소프트웨어로서 Linux 기반의 OpenFOAM이 사용되었으며 모델의 검증을 위해 Chang(1971)에 의해 수행 된 사행수로에서의 유속장 관측 결과와 비교하였고 수치모의 결과가 실험 관측치와 잘 일치하는 것으로 판단되었다. 수치모의에 적용 된 사행수로의 형상은 Hey(1976)에 의해 제안 된 사행하천의 지형학적 인자들 간에 관계를 이용하여 사행도 1.03에서 2.42까지 총 7개의 사행수로 지형을 생성하였다. 사행도의 변화에 따라 만곡부 정점에서 대수중복층 구간의 주흐름 방향 유속의 연직분포를 비교한 결과, 본 연구에서 생성 된 모든 사행수로에서 대수중복층 구간의 무차원 유속 $u^+$와 무차원 거리 $z^+$가 로그 분포를 따르는 것으로 나타났으나 경험적으로 사용되었던 무차원상수 B의 경우 사행도가 증가 할수록 대수적으로 감소하는 경향이 나타났다. 본 연구에서는 이러한 관계가 무차원 상수 B값에 미치는 영향을 반영하여 수리학적으로 매끄러운 벽면에서 적용이 가능한 수정된 대수중복층 식을 제시하고자 한다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제25권1호
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• pp.131-138
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• 2001

In this paper, an experimental investigation of characteristics of developing turbulent steady flows in a square-sectional $180^{\circ}$curved duct is presented. The experimental study using air in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct carryed out to measure axials direction velocity and wall shear stress distrbutions by using Laser Dopper Velocimeter(LDV) system with data acquistion and processing the system of FIND6260 softwere at 7 sections from the inlet($\phi=0^{\circ}$) to the outlet($\phi=180^{\circ}$) in $301^{\circ}$ intervals of a curved duct.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2012년도 추계학술대회 논문집
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• pp.933-934
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• 2012

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2001년도 춘계학술대회논문집E
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• pp.380-385
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• 2001

In the present study, flow characteristics of turbulent oscillatory flow in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct are investigated experimentally. In order to measure wall shear stress and pressure distributions, experimental studies for air flow are conducted in a square-sectional $180^{\circ}$ curved duct by using the LDV system with the data acquisition and the processing system. The wall shear stress measuring point bend angle of the $150^{\circ}$ and pressure distribution of the inlet (${\phi}=0^{\circ}$) to the outlet (${\phi}=180^{\circ}$) at $10^{\circ}$ intervals of the duct. The results obtained from the experimentation are summarized as follows: A wall shear stress value in an inner wall is larger than that in an outer wall, except for the phase angle (${\omega}t/{\pi}/6$) of 3, because of the intensity of secondary flow. The pressure distributions are the largest in accelerating and decelerating regions at the bend angle(${\phi}$) of $90^{\circ}$ and pressure difference of inner and outer walls is the largest before and after the ${\phi}=90^{\circ}$.

• 대한기계학회논문집
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• 제9권4호
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• pp.403-413
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• 1985

본 논문에서는 수직벽 하류에 형성되는 박이 전단층의 발전과 재부착 그리고 재발전 경계층에 대해 평균 속도, 벽면의 압력 분포, 난류 강도, 레이놀즈 전단 압력 및 아직 수직벽에 대해서는 보고된바 없는 난류 떨림 속도 성분들의 3승곱 통계치를 측정하여 난류 구조의 변화를 분석하고 이를 수치적 계산 모델개발의 자 료로 제공하고자 함이 이 연구의 목적이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권8호
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• pp.829-837
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• 2012

벽면 난류의 항력과 밀접한 관련이 있는 유동구조를 조사하기 위해 $Re_{\tau}$ = 180, 395, 590 의 난류채널유동에 대한 직접수치모사를 수행하였다. 확률밀도함수를 조사하여 레이놀즈 전단응력에 가장 큰 기여를 하는 Q2 이벤트를 파악하였으며 Q2 이벤트의 각도의 변화가 $y^+<50$ 에서는 벽 단위로 스케일링되며, y/h > 0.5 에서는 채널의 높이로 스케일링 됨을 확인하였다. Q2 이벤트를 조건으로 하는 조건부 평균 유동장을 조사하여 레이놀즈 전단응력의 발생과 관련이 있는 유동구조는 주 유동방향의 보텍스 및 헤어핀 형상의 보텍스임을 보였다. 또한, 순간 유동장을 관찰하여 높은 레이놀즈 전단 응력의 분포가 이러한 보텍스 구조와 관련이 있으며 1.5 ~ 3h 의 크기를 갖는 대형유동구조를 구성함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권10호
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• pp.1378-1386
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• 2002

In the present study, velocity profile and wall shear stress distributions of developing turbulent oscillatory flows in an oscillator connected to straight duct located in exit region of a curved duct was investigated experimentally. The experimental study for air flows was conducted to measure axial velocity profiles, shear stress distributions by using the Laser Doppler Velocimetry(LDV) system with the data acquisition and processing system of Rotating Machinery Resolver(R.M.R) and PHASE software. The results obtained from experimental studies are summarized as follows. The critical Reynolds number for a change from transitional oscillatory flow to turbulent flow was about 7500, in the 60region of dimensionless axial position which was considered as a fully developed flow region. The turbulent oscillatory flow, velocity profiles of the inflow period in the entrance region were gradually developed, but those of the outflow period were not changed nearly. Velocity profiles of inflow and outflow were shown as a symmetric form in a fully developed flow region. The wall shear stress distributions of turbulent oscillatory flow increase rapidly as the flow proceeds to downstream and flow was in good agreement with the theoretically.