• 대한조선학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.8-19
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• 1998

본 논문에서는 자유수면하에서 이동하는 2차원 수중익 주위의 비선형 유동문제를 포텐셜 이론을 바탕으로 특이점 분포법을 도입하여 해석한 결과이다. Hess & Smith[12]의 방법에 따라 수중익의 표면에 소오스와 보텍스패널을 분포하고, 비선형해를 구하기 위해서 자유수면 위 일정 거리에 랜킨소오스패널(Rankine Source Panel)을 분포하는 수치기법(Raised Panel Method)을 사용하였다. Neumann-Kelvin 선형해로부터 반복계산법을 통해 비선형 자유수면 조건을 엄밀히 만족하는 비선형해를 구하였다. 수치계산결과에서 비선형해가 Duncan[11]의 실험결과(NACA0012, 입사각$(\alpha)= 5^{\circ}$)와 비교적 잘 일치함을 보였으며 수치계산결과의 타당성을 검증할 수 있었다. 잠수깊이가 얕은 경우와 고속 영역에서도 수렴된 해를 구할 수 있었으며, 고속으로 갈수록 비선형해와 선형해의 차이는 미미함을 볼 수 있었다. 수중익의 두께 및 캠버(camber)등 기본적인 단면변화와 속도변화에 대한 수중익의 유체역학적 특징을 살펴보았다.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.61-69
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• 1999

수치 계산을 이용하여 선형의 유체동력학적인 특성을 신속히 파악하기 위해서는 선체표면 격자계를 생성하는 과정이 쉽고 자동화되어 있어야 한다. 이를 위하여 기본 스테이션 오프셋과 선수미 윤곽선만을 이용하여 선형을 정의하고, 이를 이용하여 퍼텐셜 유동이나 점성유동의 계산에 필요한 선체 표면 격자계를 손쉽게 생성할 수 있는 방법을 개발하였다. 선수와 선미 벌브를 가진 일반 상선의 선형을 표현하기 위해 수선의 양 끝단을 타일, 포물선, 쌍곡선, 3차 곡선 등의 조합으로 표시할 수 있게 하였다. 그리고 선수와 선미의 윤곽선을 격자계의 경계선으로 하였기 때문에 비선형 자유수면 조건을 이용한 조파저항 계산에서의 격자 변형이나 점성유동 해석을 위한 난류 경계층에서의 벽좌표의 정의가 종단면을 기준으로 한 종래의 격자에 비해 매우 편리하다고 할 수 있다.

• 동력기계공학회지
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• 제16권5호
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• pp.40-46
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• 2012

본 연구에서는 자유표면 유동문제를 효율적으로 계산하기 위한 방법으로서, 수치 파수조를 구현하여 잠수체에 의한 조파현상을 시간영역에서 다룰 수 있는 수치해법에 대하여 소개하였다. 그리고 이를 이용하여 수행된 연구내용들을 검토하고 양력물체의 경우를 포함하기 위하여 개선된 수학적 정식화 및 수치해법의 개요를 다루었다. 임의의 운동을 하는 양력물체에 의한 조파현상을 전산기로 구현하는 수치 파수조는 과중한 계산시간이 문제가 되는데, 이는 수치 Kutta 조건의 구현과 양력표면 후방의 wake 영역을 계산에서 고려해야 하기 때문이다. 따라서 한층 더 수치계산의 효율성이 중요하다고 판단되므로, 본 연구에서 소개된 3차원 고차 스펙트럴/경계요소법(High-Order Spectral/Boundary Element Method)은 자유표면 요소수를 N이라 할 때 그 계산량이 NlogN에 비례(N이 클 때는 거의 선형적으로 비례)하여 증가하므로 기존의 방법들 보다 매우 효율적인 수치해법이라 할 수 있다. 향후, 본 연구의 타당성 검증을 위한 수치코드의 개선과 여러 가지 수치계산결과 비교 등의 노력이 더 필요하다고 생각된다.

• 한국항만학회지
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• 제12권1호
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• pp.87-93
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• 1998

항만공학 분야의 해양파 문제에서 비선형이 강한 자유수면 문제를 수치적으로 해석하였다. 자유수면 격자를 유한차분법의 이산화 과정을 통해 재연한 것으로 자유표면 경계조건에 3차 미분항을 추가시켜 수치실험을 수행하였다. MAC 방법에 새로운 수치 기법을 도입하여 수면깊이 및 받음각에 따른 수치결과를 기존의 방법과 상호 비교하였다. 본 수치연구는, 점성유동장 계산에서 3차 풍상미분항이 자유표면파 생성에 효과가 크게 나타남을 보여 주었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.38-52
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• 1991

자유표면하에서 움직이는 임의의 형상의 3차원 물체로 인한 비선형 유체력을 준 Lagrangian 방법을 사용하여 해석하였다. 경계치 문제는 경계 적분 방법(Boundary Integral Method)을 이용하여 해결하였으며, 물체와 자유 표면의 형상은 곡면 Panel로 표현하였다. 이들 표면은 hi-cubic B-spline 방법을 사용하여 유한개의 작은 표면 요소로 나뉘어지게 되며, 또한 \phi와 (equation omitted) 표면 요소상에서 bi-linear하다고 가정한다. 특이점에 의한 유기 포텐시얼의 계산시 1/R에 비례하는 부분은 제거하고 해석적으로 처리하였다. 물체로부터 멀리 떨어진 곳에서의 유체 유통은 좌표계의 원점에 위치한 Dipole로 표현하였으며, Time Stepping시 Runge-Kutta의 4차 방법을 사용하였다. 3차원인 경우에 대한 적분 방정식과 포텐시얼의 시간 미분간에 대한 경계 조건이 유도되었으며, 이러한 식들을 사용하여 자유표면의 형상과 물체의 운동을 동시에 계산하였다. 대진폭을 가지고 규칙적으로 진동하는 물체에 작용하는 힘과 이때의 자유 표면 형상을 계산하고 기 발표된 자료와 비교하여 보았으며, 자유표면 근처에서 운동하는 물체에 작용하는 비선형 효과를 관찰하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.12-20
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• 1997

자유표면상을 항주하는 고속쌍동선의 저항성능 추정을 위한 포텐설기저 패널법을 개발하였다. 물체표면에 법선 다이폴과 쏘오스를 자유표면에는 쏘오스를 분포하였고, 선형화된 자유표면조건을 고속으로 진행하는 쌍동선에 적용하였다. 쌍동선이 고속으로 진행할 때 dernihull 사이의 내부유동과 쌍동선 주위의 외부유동의 속도차이로 인해 발생하는 해의 불안정성을 해결하기 위해 선미에 Kutta 조건을 적용하였다. 수치계산결과의 검증과 화류수조에서 고속선형에 대한 저항시험 가능성을 확인하기 위한 목적으로 회류수조에서 모형시험을 수행하였다. 모형시험 및 수치계산결과는 동일한 실험을 수행한 Insel[l]의 실험결과와 비교하였다. 이를 통해 회류수조에서의 실험결과가 정성적으로 타당한 결과를 보이고 있음을 확인하였다. 수치계산결과는 Kutta 조건을 사용함으로써 고속에서도 안정된 계산결과를 얻을 수 있었다. 선형화된 사유표면조건을 고속선에 적용한 본 연구결과는 모형시험결과에 비해 작게 나타났으나, 정성적으로 티당한 결과를 주고 있어 고속쌍동선의 선형설계에 적용될 수 있음음 보였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.114-131
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• 1992

본 논문은 2차원 자유표면파문제에서 시간영역해법을 이용하여 2차원 운동문제에 적용할 수 있는 수치해석을 하였다. 경계조건으로는 엄밀한 물체표면 경계조건과 비선형 자유표면경계 조건을 부과했다. 수치해를 구하는데는 코시이론을 이용하여 제2종 프레드흘름 경계적분방정식을 도출하고 이를 이산화시켜 처리하였다. 수치계산을 위해 전영역을 유한한 영역으로 제한하여야 한다. 제한된 영역에서 방사해의 부과를 위해 전영역을 수치해석영역과 외부영역으로 나누고, 외부영역의 해는 그린 제2정리를 이용하고, 선형자유표면조건을 만족하는 과도그린함수를 사용한다. 위의 그린 제2정리를 이용한 식으로 부터 초기조건, 선형 자유표면조건, 무한원방조건을 이용하여 단순화시킨 다음 포텐셜과 유동함수의 관계식으로 치환하면 비선형해와 정합할 수 있는 정합행렬을 구할 수 있다. 본 논문에서 개발한 정합방법을 이용하여 적용할 문제로서 첫째는 주상체가 상하동요, 수평동요하는 경우 계산이고 두번째로는 수면하에서 타원형실린더가 일정속도로 항진할 때 계산을 수행한 결과를 고차스펙트럴방법과 비교하였다.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권10호
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• pp.117-122
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• 2019

슬로싱 현상은 현상의 특성인 격렬한 자유표면을 가지는 유동 문제뿐만 아니라, 슬로싱이 발생하는 유체 탱크가 부유체 혹은 어떠한 물체에 탑재되어 전체 시스템에 영향을 줄 수 있다는 것이 가장 큰 논의점이다. 이러한 이유로 일반적인 슬로싱에 대한 해석은 탱크의 움직임에 의한 내부 유동의 발생, 그리고 그로 인해 야기되는 충격하중의 해석이 주를 이룬다. 이러한 슬로싱 현상은 비선형성이 강하며 자유표면에서의 대-변형이 발생한다. 매우 높은 비선형성으로 인해 실험에서는 재현성이 낮고, 수치 시뮬레이션에서는 정확도가 낮다는 것이 지속적으로 문제시 되어 왔다. 본 연구에서는 높은 정확도를 가지는 카메라 비전 기술을 이용한 실험과 입자법을 이용한 시뮬레이션을 비교하였다. 탱크의 주요 제원을 통해 구해진 고유 주기와 그 주변 주기를 가지는 운동에서의 슬로싱 현상을 수치적으로 시뮬레이션 하였으며, 비교를 통해 탱크 내 슬로싱 하중을 분석하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제13권1호
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• pp.28-34
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• 2008

A particle method recognized as one of the gridless methods has been developed to investigate the nonlinear free-surface motions interacting to the structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods for solving the non-linear free-surface motion with complicated boundary shapes. The right-handed side of the governing equations for incompressible fluid, which includes gradient, viscous and external force terms, can be replaced by the particle interaction models. In the present study, the developed method is applied to the dam-broken problem on dried- and wet-floor and its adequacy will be discussed by the comparison with the experimental results.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2007년도 추계 학술대회논문집
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• pp.258-263
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• 2007

A particle method recognized as one of the gridless methods has been developed to investigate the nonlinear free-surface motions interacting to the structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods for solving the non-linear free-surface motion with complicated boundary shapes. The right-handed side of the governing equations for incompressible fluid, which includes gradient, viscous and external force terms, can be replaced by the particle interaction models. In the present study, the developed method is applied to the dam-broken problem on dried- and wet-floor and its adequacy will be discussed by the comparison with the experimental results.