• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제5권4호
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• pp.338-349
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• 1993

본 연구에서는 해저지형이 변화하는 원형의 섬 주변에서 발생하는 조석 잔차류에 대하여 3차원 수치실험을 수행했다. 본 연구에서 사용한 3차원 수치모델은 스펙트랄 모델로서 수평적으로는 유한 차분법을 적용하고 연직방향으로는 깊이에 따라 변하는 기저함수의 곱으로 확장하여 해류의 연직분포를 구하는 모델이다. 수치실험 결과 조석 잔차류 발생에 있어 수심변화의 효과와 비선형 효과가 중요한 역할을 했고 이것은 기존의 조석 잔차류 발생에 대한 2차원적 수치실험 연구결과와 일치했다. 또 조석 잔차류의 수평구조는 시계방향의 회전성 조류일 때 시계방향으로 순환하는 잔차류의 특성을 보였으며 3차원적 구조를 검토한 결과 잔차류의 수평속도 성분 즉 u, v의 연직구조는 대수함수적인 분포를 나타냈다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권2호
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• pp.123-134
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• 2001

본 연구에서는 화강풍화토 지반상 unpropped diaphragm wall의 거동을 연구하기 위하여 벽체의 근입깊이와 지하수위 조건을 변화시키면서 원심모형실험을 수행하였다. 원심모형실험시 diaphragm wall은 두께 8mm인 알루미늄합금을 사용하였으며, 지반굴착을 재현하기 위하여 zinc chloride 기법을 이용하였다. 수치해석은 대부분의 지반공학문제에 적용할 수 있는 SAGE CRISP 프로그램을 이용하였다. 수치해석에서 모형지반은 수정 Cam-Clay 모델, diaphragm wall은 탄성모델, 지반과 diaphragm wall 사이의 경계면요소는 슬립모델을 사용하여 2차원 평면변형률 조건으로 해석을 수행하였다. 모형실험 결과 파괴면의 직선적인 형태로 파괴면내의 배면측 지반은 벽체를 향하여 하향의 변위를 일으키면서 벽체의 회전에 의해 파괴되었다. 실험 및 유한요소해석 결과 지반의 최대침하량과 최대침하량이 발생하는 위치는 잘 일치하였으며, 깊이에 따른 벽체변위는 선형적인 관계를 나타내었다. 또한, 최대 휨모멘트와 근입깊이로 정규화한 최대 휨모멘트 발생위치($h_{Mmax}$/d=0.4)는 잘 일치하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권2호
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• pp.125-130
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• 2004

본 논문에서는 수치적 구성방정식인 연속 탄소성 캡 모델의 정수추정에 관한 방법이 제시되었다. 캡 모델을 이용하여 실제 토질의 거동을 예측하기 위하여서는 캡 모델을 이루는 토질의 물성과 직접적으로 연관된 여덟개의 정수가 결정되어야 한다. 이를 위하여 첫 번째로, Ottawa 모래를 사용하여 표준압밀시험기를 이용한 일축압축시험 및 배수삼축압측 시험이 토질거동의 실제기준값으로서 수행되었고, 두 번째로 탄소성 캡 수치해석모델의 반응을 실내실험값에 일치시키기 위하여 추정된 정수들을 사용한 수치실험이 수행되었다. 두 실험 간의 오차를 최소화하기 위하여 최적화 기법이 사용되었으며, 최적화 후 결정된 8개의 정수는 실내실험결과와 비교되었다. 특히, 수치적 삼축압축시험시 응력계산에 따른 수평변위 측정에 특별한 주의가 필요하다.

• 한국해양학회지:바다
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• 제27권3호
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• pp.127-143
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• 2022

최근 클라우드 컴퓨팅 환경에서 해양수치모델 실험을 수행하는 많은 연구가 활발하게 진행되고 있다. 클라우드 컴퓨팅 환경은 대규모 자원이 필요한 해양수치모델을 구현하는데 매우 효과적인 수단이 될 수 있다. 정보처리 기술의 발달로 클라우드 컴퓨팅 시스템은 가상화와 원격 고속 네트워크, 직접 메모리 액세스와 같은 수치모델의 병렬처리에 필요한 다양한 기술과 환경을 제공한다. 이러한 새로운 기능은 클라우드 컴퓨팅 시스템에서 해양수치모델링 실험을 용이하게 한다. 많은 과학자들과 엔지니어들은 해양수치모델 실험에 있어서 가까운 미래에 클라우드 컴퓨팅이 주류가 될 것으로 기대하고 있다. 해양수치모델링을 위한 클라우드 컴퓨팅의 처리성능 분석은 수치모델의 수행 시간과 리소스 활용량을 최소화하는 데 도움이 될 수 있으므로 최적의 시스템을 적용하는 데 필수적이다. 특히 모델 격자 내 다양한 변수들이 다차원 배열 구조로 되어 있기 때문에 대량의 입출력을 처리하는 해양수치모델의 구조는 캐시메모리의 효과가 크며, 대량의 자료가 이동하는 통신 특성으로 인해서 네트워크의 속도가 중요하다. 최근에 주요한 컴퓨팅환경으로 자리잡고 있는 클라우드 환경이 이러한 해양수치모델을 수행하기에 적합한지 실험을 통해서 검토할 필요가 있다. 본 연구에서는 상용 클라우드 시스템에서 해양수치모델로 대표적인 Regional Ocean Modeling System (ROMS)와 더불어 다른 해양모델의 클라우드 환경으로 전환에도 도움이 될 수 있게 병렬처리 시스템의 성능을 측정할 수 있는 표준 벤치마킹 소프트웨어 패키지인 High Performance Linpack을 활용하여 초당 부동소수점 연산횟수 처리능력과 및 STREAM 벤치마크를 활용하여 다중 노드들로 구성된 수치모델용 클러스터의 메모리처리성능을 평가하고 비교하였다. 이러한 평가내용은 클라우드 환경에서 해양수치모델을 어떻게 수행할 것인가에 대해 중요한 정보를 제공할 수 있다. 가상화 기반 상용 클라우드에서 얻은 실제 성능 자료와 구성 설정 분석을 통해 가상화 기반 클라우드 시스템에서 해양수치모델의 다양한 격자 크기에 대한 컴퓨터 리소스의 효율성을 평가했다. 본 연구를 통해서 캐시 계층과 용량이 큰 메모리를 사용하는 HPC 클러스터가 ROMS의 성능에 매우 중요하다는 것을 발견했다. 수치모델링의 실행 시간을 줄이기 위해 코어 수를 늘리는 것은 작은 격자 보다 큰 격자 모델에서 더 효과적이다. 이러한 처리 성능 분석 결과는 클라우드 컴퓨팅 시스템에서 해양수치모델을 효율적으로 구축하는 데 중요한 자료로 이용될 것이다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권5호
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• pp.534-543
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• 2008

연무거동을 해석하는 방법 중에서 실물을 이용한 실험방법이 가장 믿을 수 있는 자료를 제공하지만 여러 가지 제한사항들로 인해 축소모델실험을 이용한 상사방법이나 CFD(computational fluid dynamics)를 이용한 수치해석적 방법이 대안으로 채택되고 있다. 본 연구는 연무거동을 수치해석적 방법으로 예측하여 연층의 높이에 따른 배기량을 산정하고자 했다. 수치해석에 사용된 격자는 축소실험에서 사용된 모델 A, B와 동일한 크기 및 형상을 가진다. 배기량은 수치해석으로 예측된 연소생성물들의 몰비를 이용하여 연층의 높이를 예측하고 그때의 배기가스 온도 및 유속으로 산정되었다. 수치해석 결과, 벽면 열손실 및 복사효과를 고려하여 예측된 배기량이 축소모델 실험결과의 표준편차 범위 내에 존재하였지만 에너지 방출량이 증가할수록 예측된 연무의 온도가 실험과 많은 차이를 보였고 비교적 열손실에 의한 영향이 적은 모델 B를 이용한 계산결과에서는 연무의 거동이 실험결과와 유사한 패턴을 가지는 것으로 나타났다. 따라서 열손실을 보정할 적절한 보정계수를 구할 수 있다면 배기량 산정에 관한 다양한 후속연구를 수치해석적 방법을 이용해 진행할 수 있을 것이라 사료된다.

• 한국지구과학회지
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• 제36권2호
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• pp.158-170
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• 2015

큰 에디 모의과정을 포함한 WRF 모델 (WRF-LES)을 이용하여 수치모델의 수평공간 규모에 따른 대기경계층 모수화 실험과 LES 모의 결과를 지표층 근처의 풍속 예측에 대하여 비교하였다. 수치실험은 복잡한 산악지형과 해안지역을 포함하는 강원도 지역에서 수평해상도 1 km와 333 m 실험을 수행하였다. 수평해상도 1 km 실험은 대기경계층 모수화 방안을 채택하였으며, 333 m 실험에서는 LES를 이용하였다. 복잡한 산악지역에서의 풍속 예측의 정확성은 수평해상도 1 km 실험 보다 333 m 실험에서 향상되었으며 해안지역에서는 1 km 실험에서 관측과 더 일치하였다. 지표층 근처의 큰 난류를 직접 계산하는 LES 실험은 산악지역의 풍속예측 개선에 기여하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제7권2호
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• pp.148-155
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• 1995

가로흐름이 존재하는 무한수역으로 방출되는 표면 온배수에 의한 온도장 예측을 위하여 k-$\varepsilon$ 난류모델을 이용한 근해역 3차원 온배수 수치모델을 개발하였다. 개발된 모델에 의한 수치실험 결과는 다소 제한적이긴 하나, 실험결과 자료와 비교적 잘 일치하였다. 3차원 온배수 난류모델의 적용을 통해 가로흐름과 상호작용은 물론 수심적분 2차원 수치모델에서 해석이 곤란한 온배수 확장에 따른 성층화 현상, 부력에 기인된 횡방향의 중력확장 및 제트 저면에서의 포획연행 현상을 잘 나타내었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2005년도 학술발표회 논문집
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• pp.953-958
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• 2005

최근 들어 다양한 산업에서 3차원 수치해석을 이용하는 영역이 넓혀지고 있다. 국내에서도 3차원 수치해석을 이용하여 댐이나 정수처리시설 설계 등 수리분야에 적용하였고, 점점 그 이용이 확대되고 있다. 특히 교량 및 수제 등의 수공구조물로 인한 주변 흐름형상은 2차원 해석이 불가능하여 현재 수리모형실험을 통한 해석이 주를 이루고 있다. 이에 본 연구에서는 현재 3차원 수치해석에 많이 이용되는 상용모델인 FLOW-3D를 이용하여 3차원 흐름에 대한 수치해석을 수행하였으며 수리모형 결과와 비교하여 적용성을 검토하였다. 그 결과 모의 및 실험결과 수리모형과 수치모의 결과는 서로 비슷한 흐름양상을 보이고 있었다. 또한 조도계수(Roughness)를 매개변수로 하여 다양한 상태에서의 FLOW-3D의 민감도를 검토하였으나 실제 흐름과는 상이함을 보였다 또한 다양한 난류모형을 적용하여 그 결과를 실제 흐름과 비교해보았다. 그 결과 3차원모형에서는 교각 후면부와 좌, 우측면부에서의 흐름이 실제 수리 모형과는 상이한 결과를 보이는데 이는 FLOW-3D의 벽 경계 및 와류에 대한 난류모델에 따른 수치해석적인 차이로 사료된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.248-257
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• 2011

본 연구에서는 규칙파동장에 있어서 인장계류된 원형부유체의 파랑응답해석에 2차원 Navier-Stokes solver에 기초한 새로운 수치파동수조모델을 제안하였다. 본 수치파동수조모델에서는 이동구조물과 유체와의 상호작용을 해석하기 위하여 직각좌표계에서 임의형상의 불투과경계를 갖는 구조물과 유체와의 연성해석이 가능한 IBM(Immersed Boundary Method)과 자유수면 추적을 위한 VOF(Volume of Fluid)법을 결합하였다. 부유체운동에 대한 수치결과를 기존의 FAVOR(Fractional Area Volume Obstacle Representation)법에 의한 계산결과 및 수리실험과 비교하였다. 게다가, 수치모델의 보다 자세한 검증을 위하여 원형부유체의 동요 및 자유수면변동에 관한 수리모형을 추가로 실시하였고, 제안된 수치모델의 범용성과 타당성을 검증하기 위하여 직사각형부유체에 대한 수치 및 수리실험도 병행하였다. 이로부터 추정된 수치계산결과는 실험결과를 잘 재현하고 있는 것으로 판단되었다.