• Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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• v.29 no.11
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• pp.589-600
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• 2002

Deformable models offer an attractive approach for extracting three-dimensional boundary structures from volumetric images. However, conventional deformable models have three major limitations - sensitive to initial condition, difficult to represent complex boundaries with severe object concavities and protrusions, and self-intersective between model elements. This paper proposes a deformable model that is effective to extract geometrically complex boundary surfaces by improving away the limitations of conventional deformable models. First, the proposed deformable model resamples its elements hierarchically based on volume image pyramid. The hierarchical resampling overcomes sensitivity to initialization by extracting the boundaries of objects in a multiscale scheme and enhances geometric flexibility to be well adapted to complex image features by refining and regularizing the size of model elements based on voxel size. Second, the physics-based formulation of our model integrates conventional internal and external forces, as well as a non-self-intersecting force. The non-self-intersecting force effectively prevents collision or crossing over between non-neighboring model elements by pushing each other apart if they are closer than a limited distance. We show that the proposed model successively extracts the complex boundaries including severe concavities and protrusions, neither depending on initial position nor causing self-intersection, through the experiments on several computer-generated volume images and brain MR volume images.

• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.28 no.1
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• pp.19-26
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• 1991

The complete, fully-elliptic Reynolds-averaged Navier-Stokes equations have been solved using a two-layer model, in the $\kappa-\varepsilon$ turbulence model, for the axisymmetric body. Numerically generated boundary-fitted coordinate system and the finite analytic methods are used to solve the governing equations. Calculations are started after the middle body with given inlet conditions. The velocities and the turbulent quantities at the inlet section are specified by solving the boundary layer equations or by standard flat-plate boundary profiles. The effects of the inlet conditions on the solution are investigated.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.24 no.2
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• pp.84-88
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• 2012

A numerical skill for effective treatment of inclined boundaries in a finite element method is introduced. A finite element method has been frequently used to simulate hydraulic phenomena in a coastal zone since it can be applied to irregular and complex geometry. In case elliptic partial equations are governing equations for a finite element model, however, there is a difficulty in treating boundary conditions properly for cases in which boundaries are vertically inclined. In this study, a method to treat such inclined boundaries using Bessel functions for a finite element method is introduced and compared with analytical solutions.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 1995.10a
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• pp.57-60
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• 1995

연안에서 파랑은 심해에서는 해수면 근방에서 운동량이 크며 따라서 구조물에 작용하는 힘도 해수면 근방에서 크다. 반면 천해역에서는 해저면에서의 운동량도 상당하며, 이러한 해저면에서의 파랑에 관련된 수입자의 운동은 해저 퇴적물의 이동에 직접 영향을 미친다. 해저면에서의 비활 조건(no-slip condition)에 의하여 파랑 경계층내의 해수의 거동은 복잡하다. 이러한 해저면 경계층의 거동을 파악하기 의한 접근 방법은 크게 둘로 나눌 수 있다. (중략)

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.2
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• pp.135-146
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• 2020

To define an interface in a conventional level-set method, an analytical function must be revealed for an interfacial geometry. However, it is not always possible to define a functional form of level sets when interfaces become complex in a Cartesian coordinate system. To overcome this difficulty, we have developed a new level-set formalism that discriminates the interior from the exterior of a CAD modeled interface by parameterizing the stereolithography (STL) file format. The work outlined here confirms the accuracy and scalability of the hydrodynamic reactive solver that utilizes the new level set concept through a series of tests. In particular, the complex interaction between shock and geometrical confinements towards deflagration-to-detonation transition is numerically investigated. Also, a process of flame spreading and damages caused by point source detonation in a real-sized plant facility have been simulated to confirm the validity of the new method built for reactive hydrodynamic simulation in any complex three-dimensional geometries.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.184-188
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• 2010

식재된 하도의 흐름 해석을 위하여 많은 연구자들이 모형을 제시하였지만 이들 연구는 주로 균일한 형태를 갖는 수로의 실험자료를 활용하여 검증되었다. 자연하천의 경우 하도는 복잡한 형태를 보이고 동시에 식생위치, 밀도 등이 다양하여 흐름 또한 매우 복잡하다. 이러한 자연하도에서 유량을 정확히 예측하는 것은 매우 어려우며 이러한 이유로 식생이 존재하는 자연하도의 실측자료에 대하여 검증이 필요하다. 본 연구에서는 Mertens와 Nuding의 방법을 활용하여 주수로와 홍수터 그리고 식생구역과 비식생구역 사이의 운동량 교환에 의한 흐름저항을 산정하고, Darcy-Weisbach식을 이용하여 분할단면 별 유속을 계산하였다. 계산된 유속으로부터 분할단면의 유량을 계산하고 이들의 총합으로 전단면의 유량을 산정하였다. 독일의 도시하천인 Enz강 4개 단면에 대하여 두가지 방법에 의해 수위에 따른 유량을 계산하고 실측 유량과 비교하였다. 비교결과 모든 단면에서 Nuding 방법이 Mertens의 방법보다 유량을 크게 산정하고 있음을 확인하였다. 이는 식생구역과 비식생구역 사이에서 운동량 교환이 발생하는 폭이 크면 클수록 경계면에서의 마찰은 증가하게 되는데 Nuding 방법이 Mertens방법보다 운동량 교환 폭을 상대적으로 작게 산정하여 경계면의 마찰 또한 작게 산정한 결과로 판단된다. 복단면의 홍수터에 식생이 존재하는 경우에는 Nuding방법이, 복단면 형태이더라도 식생이 호안에 존재하거나 단단면의 제방에 식생이 존재하는 경우에는 Mertens방법에 의해 계산된 유량이 실측유량과 비교적 일치하는 것으로 나타났다.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.3 no.2
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• pp.18-24
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• 2000

A two-dimensional numerical method for inviscid two-fluid flows with a significant entrainment into both directions is established, and the oil leakage from a non-pressurized underwater pipe is studied. The interface between two fluids is modeled at a vortex sheet. The flow field and the subsequent interface evolution are solved by using the vortex-in-cell method. For longer flow simulation with a realistic two fluids interaction, an efficient merging scheme is introduced. In the Boussinesq limit, the speed of the external fluid intrusion into the pipe is very close to the existing mathematical models, and the lock exchange is observed in spite of a significant roll-up of the interface and entrainments. It is believed that the developed method can be utilized effectively for further detailed studies on various two-fluid flows which are encountered in many different marine oil spill problems.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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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.

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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• 2000.06a
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• pp.340-345
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• 2000

진동하는 구조물의 음향 방사 예측에는 키르히호프-헬름홀쯔 적분 방정식에 근본을 둔 경계 요소 해석이 널리 사용된다. 이 경계 요소 해석은 익히 알고 있듯이 구조물의 동적 거동이 정량적으로 표현될 수 있는 경우는 매우 높은 정확도의 예측 결과를 제공한다. 그러나 실제 현상에서 접할 수 있는 복잡한 구조물의 음향 방사 예측에는 많은 변수들로 인해 예측의 정확도가 감소됨은 확실하다. 다른 방법으로는 실험을 통한 임의의 음장 예측 방법인 근음장 음향 홀로그래피(nearfield acoustical holography) 방법을 들 수 있다. 이 방법은 실제로 발생되는 음향 방사로부터 마이크로폰을 이용하여 홀로그램면의 음압 또는 속도를 측정하고 키르히호프-헬름홀쯔 적분 방정식에 적용하여 임의의 홀로그램면에 투사(mapping)시켜 음장을 예측하는 방법이다. 근음장 음향 홀로그래피는 탁월한 정확성을 갖고 있으나, 측정의 복잡성과 홀로그램면을 형성하기 위한 많은 이산점(절점)의 필요성 등의 단점을 갖고 있다. 본 논문에서는 또 다른 음장 예측 방법인 실험의 장점과 유한 요소 해석의 장정을 복합시킨 모드 확장 방법(modal expansion method)을 사용하여 단순 구조물인 평판의 진동에 의한 음장을 예측해 보았다. 모드 확장 방법은 구조물의 동적 거동은 모드의 선형 조합으로 표현될 수 있다는 것에 그 원리를 둔다. 본 논문은 단순 평판을 대상으로 유한 요소 해석으로 구한 모드 정보와 실험에 의해 얻은 입의 가진 주파수에 대한 진동 표면의 속도 분포를 조합하여 속도 경계 조건을 구성, 경계 요소 해석으로 음장 예측을 수행하였으며 모드 확장 방법을 사용함에 있어 고려해야할 몇 가지 사항에 대해 다루었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.