• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.952-956
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• 2010

저수지에 설치된 물순환장치는 저수지 수문상황과 자연조건의 변화에 따라 유동특성이 상이하므로 연구자가 고려하는 다양한 조건에서 현장 측정하기는 불가능하다. 이런 문제를 대체하는 방안으로 전산유체유동(CFD) 모형을 적용한 모사를 실시함으로서 다양한 조건에 따른 효과를 평가할수 있게 된다. 본 연구에서는 전산유체유동을 통한 대류식 물순환장치의 유동영향범위와 수질변화 등을 평가하고, 다양한 조건에서 모사를 실시하여 최적운영방안을 도출하고 실제운영에 활용토록 하고자 한다. 수체거동을 모사하기 위해 실제 저수지를 형상화한 Domain을 3가지로 구성하였다. 첫번째는 반경 20m, 깊이 40m Domain에 물순환장치를 중앙에 설치한 것이며(D20), 두 번째는 반경 40m, 깊이 40m에 두 개의 물순환장치를 양쪽에 설치하였고(D40), 세 번째는 반경 100m, 깊이 40m로 설정(D100)하였고 양쪽에 두 개의 물순환장치를 설치한 것으로 구성하였다. CFD에 의한 개별 대류식 순환장치의 유동모사결과 D20은 시간의 경과에 따라 수온성층이 하강하는 현상이 나타났으며 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 탈성층이 나타날 수 있을것으로 판단되었다. D40에 대하여 CFD에 의한 유동모사를 실시하였으며 시간의 경과에 따라 수온성층의 변화는 나타나지 않았다. 이러한 결과로 판단할때 40m 간격으로 한줄로 대류식 순환장치를 설치하여 운영하면 성층을 깨는 현상은 나타나지 않을 것으로 평가되었다. 반면 Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 표면에서 수평방향으로 계속 퍼져 나가면서 옆장치에서 상승된 수체와 혼합이 활발히 이루어 지는 현상을 나타내었다. 장치간 거리가 100m인 대류식 물순환장치에 의한 유동모사시 수온성층의 변화는 전혀 나타나지 않았으며, Dye테스트시 심층에서 상승한 수체는 수온성층 위에서 수평방향으로 퍼져 나가면서 옆에서 가동되는 장치에서 상승된 수체와 혼합 현상을 나타내기는 하나 D40보다 혼합시간이 더 걸리는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.386-386
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• 2015

담수가 해수에서 흘러드는 하구에서는 성층이 관측되며 이것은 난류의 미세구조를 변화시키는 주요 원인으로 작용한다. 이러한 성층화 현상은 하구 내 부유사의 군집인 하구 최대혼탁수(Estuarine Turbidity Maximum, ETM)의 형성에 영향을 주게 된다. 본 연구는 성층의 하구 최대 혼탁수 생성 메커니즘에 관심을 두고 수치모델링을 활용한 미세 난류의 부유사 거동 분석에 초점을 두었다. 성층과 전단응력 사이의 난류 혼합을 대표하는 유동인 켈빈-헬름홀츠 불안정성(Kelvin-Helmholtz Instability)을 도입하고 성층 경계면 근처에서 부유사의 이송을 높은 레이놀즈수(Reynolds number) 유동에서 RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes Simulation)보다 다양한 규모의 에너지 획득이 가능하여 미세 난류 구조 재현에 장점을 갖는 Large-eddy Simulation(LES)를 활용하여 모사하였다. 여기에서, 부유사는 주위 유동의 물리적 특성 변화에 영향을 미치지 않는 Passive scalar로 가정하였으며 $6^{th}$-order Lagrangian 다항식 보간법을 적용하여 입자의 이동 속도를 계산하고 이를 시간에 대해 적분함으로써 이동 궤적을 추적하였다. 수치 모델 결과 Lock-exchange 유동 내에서 켈빈-헬름홀츠 불안정성이 발생함에 따라 경계면 주위에 위치한 부유사가 billow 내에서 트랩핑(trapping)되는 것을 보여주어 KH-billow 혹은 braids 내의 미세 난류에 의한 영향이 확인되었다. 본 연구에서는 LES를 활용하여 성층류 및 성층류 내의 부유사 혼합을 모사하여 난류의 정도에 따른 이동 궤적의 차이에 대해서 분석함으로써 성층의 난류 강도 저하에 따른 부유사의 군집으로의 영향에 대해 서술한다.

• 대한기계학회논문집
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• 제10권6호
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• pp.947-958
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• 1986

물-증기 역류 성층이상유동에서의 평균 액체층 두께가 여러가지 경사각과 종횡비에 따라 측정되었다. 난류유동에 있어서 전단응력분포의 선형화와 von Karman의 혼합길이 이론을 근거로 평균 액체층의 두께에 대한 관계식이 제시되었으며 실험결과와 잘 일치하였음을 보였다. 접촉면에서의 조파저항이 고려되지 않은 해석결과는, 수평 성층유동의 경우에, 평균 액체층 두께보다는 오히려 파곡까지의 액체층 두께를 예측하고 있는 것으로 나타났다. 또한 평균 액체층 두께에 대한 실험 상관관계식이 계산시 편의를 위해 쉽게 인지할 수 있는 매개변수들의 항들롤 제시되었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제13권6호
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• pp.1321-1329
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• 1989

본 논문에서는 성층화된 용액ㅇ네 수평방향으로 온도구배가 가해지는 경우에 있어서 두 부력인자의 상대적 크기에 따라 나타나는 유동형태와 그에 따른 온도, 농도 분포 및 열전달특성을 수치적으로 연구하고자 한다.

• 대한기계학회논문집
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• 제15권1호
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• pp.299-307
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• 1991

본 연구에서는 근사수평 반류 성층유동에서의 계면마찰계수에 관한 일반화된 실험식을 개발하고자 한다. 이 실험식은 본 저자가 발표한 포화수-수증기와 물-공기 의 실험자료를 기초로 개발되며 공학적인 응용을 위하여 기액상레이놀즈 수와 유체의 물성치를 포함하는 거시적인 유동변수로 표현된다. 또 동일한 계면 마찰계숭에 대한 Nikuradse의 표면조도와 계면의 특성치로 표현되는 무차원 계면 유효조도와의 상관관 계를 구명하고 포화수-수증기와 물-공기의 2상유동에 공통적으로 적용할 수 있는 무차 원 계면유효조도와의 상관관계를 구명하고 포화수-수증기와 물-공기의 2상유동에 공통 적으로 적용할 수 있는 무차원 계면유효조도를 제안할 예정이다. 마지막으로 본 연 구에서 개발한 실험식과 기존 실험식을 비교 검토하고자 한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제24권2호
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• pp.130-140
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• 1992

동방향 성층이상유동에서의 직접적촉 응축현상을 일차원 모델인 RELAP5/MOD2와 /MOD3를 이용하여 해석하였으며, 해석결과를 Northwestern의 실험결과와 비교·검토하였다. 해석결과 RELAP5의 공유열전달 모델은 동방향 성층이상유동에서 응축율을 비교적 잘 예측하고 있다. 그러나 공유접촉면에 파형이 생기는 경우는 물경계두께 및 국부 열전달계수는 유사한 범위로 일치할분 현상을 예측하는데 상당한 차이가 있다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.66.2-66.2
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• 2005

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.61-61
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• 2021

온도 성층화는 많은 저수지와 댐에서 흔히 발생하는 현상으로 호수나 저수지의 표면 온도가 바닥보다 상대적으로 높아 깊이에 따른 열 구배를 나타낸다. 이러한 온도 성층화 현상은 여름철과 같이 상부와 하부의 온도 차가 클수록 안정적이게 나타나며 이러한 층화 현상으로 수직 확산이 제어되어 수질에 영향을 미친다고 알려져 있다. 따라서 댐이나 호수 등 층화 현상이 심한 유체 내부 바닥에 물순환장치를 설치하여 외부로부터 공기를 끌어와 하부에서 공기를 분출하여 온도 성층을 약화시키기도 한다. 물순환 장치를 설비하면 수체의 혼합이 용이해지며 물질전달이 개선되어 수질이 향상된다. 국내의 경우 대청댐, 보령댐, 영주 댐 등 많은 국내 댐 내부에 물순환장치가 설비되어있다. 본 연구에서 댐의 물순환장치의 성능을 파악하기 위해 산기식 물순환 장비가 설치되어있는 영주댐을 연구 대상 지역으로 잡았다. 연구지역의 계절별 성층구조 및 특성을 조사하기 위해, 봄, 여름, 가을 영주댐에 방문하여 관측 자료를 취득하였으며 물순환 장치는 봄철의 경우만 가동하였다. 봄철의 물순환 장치 가동 전후 관측 데이터를 바탕으로 수치모형실험을 실행하여 관측 결과와 비교 및 검증하였다. 이를 바탕으로 여름, 가을에 물순환장치를 가동하였을 경우 댐 내부 수체의 혼합과정을 살펴보는 연구를 진행하였다. 본 연구는 CFD (Computational Fluid Dynamic) 시뮬레이션을 수행하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 OpenFOAM(version 4.0)에서 열 전달이 포함되어있는 비압축성 VOF 솔버를 사용하였다. 본 솔버는 물과 공기를 동시에 나타낼 수 있으며 온도의 확산 방정식을 포함하고 있다. 또한 유동해석 수행 시 사용한 물순환장치의 효울은 실제 장치의 효율과 동일하다. 본 연구의 목표는 다음과 같다. (1) 관측만으로 파악하기 어려운 수체의 혼합거동을 유동해석 자료를 통해 면밀히 살펴보고 (2) 봄철 물순환 장치가 작동하기 전후 자료를 바탕으로 여름 및 가을철 물순환장치 가동 전후 데이터를 유동해석 자료로 취득한다. (3) 또한 물순환장치 가동 전후 데이터를 통해 계절별 혼합 효율을 취득한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권7호
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• pp.630-637
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• 2006

The flow regimes for a Taylor-Couette flow with a stable, axial stratification in density are investigated using numerical simulation. The flow configuration identical to that in the experiment of Boubnov, et al. (1995) is considered in the present research. The main objectives of this investigation are to verify the experimental and numerical results carried out by Boubnov, et al. and Hua et al. (1997), respectively, and to further study the detailed flow fields and flow bifurcations. With increasing buoyancy frequency of the fluid (N), the stratification-dominated flow regime, called the S-regime, is observed. It is also confirmed that the important effect of an axial density stratification is to stabilize the flow field. The present numerical results are in good agreement with Boubnov, et al. and Hua et al.'s observations.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2004년도 제23회 추계학술대회 논문집
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• pp.178-183
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• 2004

액체산소 탱크 내에서의 열적 성층화(thermal stratification) 현상은 대기로부터의 열 투입과 탱크 내에서의 극저온 액체의 열적 비평형에 의해 발생된다. 열적 성층화 현상은 벤트 시스템, 탱크 단열. 펌프 설계에 영향을 미치게 되므로 정교한 해석 및 시험적 검증이 필요하다. 본 논문에서는 side-wall에서의 열 투입에 의해 발생되는 경계층 유동을 해석적 방법으로 1차원 모델링하여 시간에 따른 성충화 부피의 증가 및 탱크 내에서의 높이에 따른 온도 분포를 묘사한다.