• 융합보안논문지
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• 제18권1호
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• pp.33-42
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• 2018

CFD 해석 기술은 열 또는 유체 유동과 관련한 산업 전분야에 걸친 제품의 설계, 개발 시에 컴퓨터를 응용하는 해석기술로서, 컴퓨터를 이용한 가상 시험 (시뮬레이션)을 통해 개발기간 단축, 비용절감 등을 이루고자 활용되고 있다. 그러나 CFD 해석을 위해서는 고가의 외산 상용 CFD 소프트웨어의 사용이 일반적이다. 이에 대한 대안으로 Opensource 기반의 CFD 소프트웨어가 있으나 텍스트 인터페이스 환경만을 지원하기 때문에 전문적인 지식을 가진 사용자만이 사용 가능하다. 이에 본 기술개발에서는 상용 CFD 해석 소프트웨어 수준의 신뢰도를 가지며, 국내외적으로 많은 사용자를 확보하고 있는 Opensource 기반의 CFD 소프트웨어인 OpenFOAM에 대하여 그래픽 기반 환경 설정을 지원하도록 구성하여 전문가뿐만 아니라 초보자도 쉽게 CFD 해석 환경의 구축이 가능하도록 하는 환경을 개발하였다. 또한 개발된 시스템은 CFD 해석을 위한 전처리(형상 및 격자생성) 환경과 후처리(결과 분석 및 가시화)를 위한 환경을 연계를 지원하여 하나의 플랫폼안에서 통합된 CFD 해석 프로세스가 가능하도록 지원한다.

• 한국추진공학회지
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• 제26권6호
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• pp.10-20
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• 2022

본 연구에서는 케로신 다단연소사이클 엔진용 예연소기를 설계하기 위해, 고압의 산화제 과잉 조건에서 예연소가스를 계산하고 냉각유로에서 극저온 유체의 복합열전달 및 수력 특성을 해석할 수 있는 설계코드를 개발하였다. 사용자 편의성과 범용성을 가진 오픈 소스 라이브러리 Cantera를 활용하였으며, 실제유체의 열역학/전달 상태량을 정확히 계산하기 위해 관련 소스 코드들을 새로 작성하여 Cantera에 추가하였다. 현재 예비설계 중인 100톤급 부스터 엔진용 예연소기에 적용하였으며, CFD 해석결과와 비교를 통해 설계코드로서의 예측 정확도와 활용성을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.203-216
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• 2021

진자형 파력발전장치(Oscillating Wave Surge Converter, OWSC)는 다양한 유형의 파랑 조건에서 효율적으로 작동해야하며 최적의 파랑에너지를 추출하도록 설계되어야 하기 때문에 OWSC의 거동과 관련된 복잡한 파랑-구조물 상호작용이 광범위한 조건에서 검토되어야 한다. OWSC의 개념 설계 및 개발단계에서 수치해석은 OWSC의 설계도구로써 좋은 대안이 될 수 있다. 본 연구에서는 기초적인 OWSC의 거동특성에 대한 검토를 목적으로 오픈소스 CFD를 이용하여 내습하는 파랑에 대한 역삼각형 플랩의 거동특성에 대한 수치해석을 수행하였다. 규칙파 내습시 주기의 변화에 따른 역삼각형 플랩 인근의 자유수면변위 및 회전각도(Flap Rotation angle)를 산정하여 구조물의 거동 특성에 대해 고찰하고, 그 결과를 수리실험과 비교·검토하여 해석성능의 타당성 및 OWSC의 관련 문제를 수치적으로 해석하기 위한 수치모델로서의 적용성능을 검증하였다. 수치해석결과는 파랑과 역삼각형 플랩의 상호작용에 의한 유체역학적 거동 특성을 양호하게 재현함을 확인하였다.

• 벤처혁신연구
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• 제5권2호
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• pp.85-99
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• 2022

시판되고 있는 실험용 및 산업용 건조기는 일반 드라이오븐, 열풍 순환 건조기, 진공건조기, 동결건조기 등으로 구분되고 기능, 크기 및 용량 등에 따라 그 종류도 다양하다. 그러나 제품의 품질 제어 및 성능 개선을 위해 중요한 요소인 수분측정이 적용되지 않아 현재는 건조 종료 후 임의로 중량을 칭량하기 때문에 매우 수동적이다. 일반적으로 수분을 측정하기 위한 방법은 직접적인 측정법과 간접적인 측정법으로 구분되고 수분 분리 전.후의 질량 또는 부피 변화와 같은 직접적인 측정법이 주로 이용된다. 상대적으로 열전도도, 마이크로파 등과 같은 간접적인 측정법은 측정 장비를 활용하기 때문에 적용이 제한적이다. 본 연구에서는 오픈소스 기반의 아두이노를 이용하여 비교적 손쉽게 수분측정 시스템을 설계하여 외부 환경요인에 영향 받지 않고 수분 변화량 및 무게 변화를 실시간으로 모니터링 하였다. 구체적으로 수분 민감도 물질 및 식품 건조에 적합한 60℃와 80℃에서 작동할 수 있는 온.습도 및 로드셀 측정 센서를 건조기 내부에 패키징하여 각종 변화량을 측정하였다. 또한 바나나, 배, 톱밥의 유기 시료를 이용한 반복적인 실험을 통해서도 건조시간 및 온도에 따른 증발율 변화와 로드셀 측정값에 있어 안정적인 응답특성을 나타냄으로써 성능 안전성을 확보할 수 있었다. 향후 온.습도 범위의 확대와 CFD(Computational Fluid Dynamics) 프로그램과의 비교 분석을 통해 신뢰도를 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제21권2호
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• pp.70-80
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• 2016

The comparison of two commercial codes(FLUENT and STAR-CCM+) and an open-source code(OpenFOAM) are carried out for the aerodynamic analysis of flight vehicles at low speeds. Tailless blended-wing-body UCAV, main wing and propeller of HALE UAV(EAV-3) are chosen as geometries for the investigation. Using the same mesh, incompressible flow simulations are carried out and the results from three different codes are compared. In the linear region, the maximum difference of lift and drag coefficients of UCAV are found to be less than 2% and 5 counts, respectively and shows good agreement with wind tunnel test data. In a stall region, however, the reliability of RANS simulation is found to become poor and the uncertainty according to code also increases. The effect of turbulence models and meshes generated from different tools are also examined. The transition model yields better results in terms of drag which are much closer to the test data. The pitching moment is confirmed to be sensitive to the existence and the location of transition. For the case of EAV-3 wing, the difference of results with ${\kappa}-{\omega}$ SST model is increased when Reynolds number becomes low. The results for the propeller show good agreement within 1% difference of thrust. The reliability and uncertainty of three codes is found to be reasonable for the purpose of engineering use. However, the physical validity and reliability of results seem to be carefully examined when ${\kappa}-{\omega}$ SST model is used for aerodynamic simulation at low speeds or low Reynolds number conditions.

• 한국입자에어로졸학회지
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• 제9권2호
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• pp.103-110
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• 2013

The electrostatic precipitator (ESP) has been used for degrading atmospheric pollutants. These devices induce the electrical forces to facilitate the removal of particulate pollutants. The ions travel from the high voltage electrode to the grounded electrode by Coulomb force induced by the electric field when a high voltage is applied between two electrodes. The ions collide with gas molecules and exchange momentum with each other thus inducing fluid motion, electrohydrodynamic (EHD) flow. In this study, for the simulation of electric field and EHD flow in ESPs, an open source EHD solver, "espFoam", has been developed using open source CFD toolbox, OpenFOAM(R) (Open Field Operation and Manipulation). The electric potential distribution and ionic space charge density distribution were obtained with the developed solver, and validated with experimental results in the literature. The comparison results showed good agreement. Turbulence model is also incorporated to simulate turbulent flow; hence the developed solver can analyze laminar and turbulent flow. In distributions of electric potential and space charge, the distributions become distorted and asymmetric as the flow velocity increases. The effect of electrical drift flow was investigated for different flow velocities and the secondary flow in a flow of low velocity is successfully predicted.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권2호
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• pp.109-115
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• 2017

전산유체해석(CFD) 기법을 이용하여 음극 지지체형 고체산화물 연료전지(SOFC)에 대한 수치해석을 수행하였다. 평판형 구조의 SOFC 에서 가스채널과 리브폭 변화에 따른 성능과 온도균일성에 관한 연구가 이루어졌다. 전산해석 툴로서는 공개소스 전산유체해석 툴박스인 OpenFOAM 을 이용하였다. 수치해석결과, 산소고갈이 일어나지 않는 범위 내에서 가스채널과 리브폭의 증가는 성능과 온도 균일성에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 하지만 넓은 리브폭의 사용과 고전류밀도에서의 작동은 산소고갈로 인한 성능저하의 가능성이 있음을 확인하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.171-171
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• 2017

전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)를 이용한 스마트팜 환경 내부의 정밀 제어 연구가 진행 중이다. 시계열 데이터의 난해한 동적 해석을 극복하기위해, 비선형 모델링 기법의 일종인 인공신경망을 이용하는 방안을 고려하였다. 선행 연구를 통하여 환경 데이터의 비선형 모델링을 위한 Tensorflow활용 방법이 하드웨어 가속 기능을 바탕으로 월등한 성능을 보임을 확인하였다. 그럼에도 오프라인 일괄(Offline batch)처리 방식의 한계가 있는 인공신경망 모델링 기법과 현장 보급이 불가능한 고성능 하드웨어 연산 장치에 대한 대안 마련이 필요하다고 판단되었다. CFD 해석을 위한 Solver로 SU2(http://su2.stanford.edu)를 이용하였다. 운영 체제 및 컴파일러는 1) Mac OS X Sierra 10.12.2 Apple LLVM version 8.0.0 (clang-800.0.38), 2) Windows 10 x64: Intel C++ Compiler version 16.0, update 2, 3) Linux (Ubuntu 16.04 x64): g++ 5.4.0, 4) Clustered Linux (Ubuntu 16.04 x32): MPICC 3.3.a2를 선정하였다. 4번째 개발환경인 병렬 시스템의 경우 하드웨어 가속는 OpenCL(https://www.khronos.org/opencl/) 엔진을 이용하고 저전력 ARM 프로세서의 일종인 옥타코어 Samsung Exynos5422 칩을 장착한 ODROID-XU4(Hardkernel, AnYang, Korea) SBC(Single Board Computer)를 32식 병렬 구성하였다. 분산 컴퓨팅을 위한 환경은 Gbit 로컬 네트워크 기반 NFS(Network File System)과 MPICH(http://www.mpich.org/)로 구성하였다. 공간 분해능을 계측 주기보다 작게 분할할 경우 발생하는 미지의 바운더리 정보를 정의하기 위하여 3차원 Kriging Spatial Interpolation Method를 실험적으로 적용하였다. 한편 병렬 시스템 구성이 불가능한 1,2,3번 환경의 경우 내부적으로 이미 존재하는 멀티코어를 활용하고자 OpenMP(http://www.openmp.org/) 라이브러리를 활용하였다. 64비트 병렬 8코어로 동작하는 1,2,3번 운영환경의 경우 32비트 병렬 128코어로 동작하는 환경에 비하여 근소하게 2배 내외로 연산 속도가 빨랐다. 실시간 CFD 수행을 위한 분산 컴퓨팅 기술이 프로세서의 속도 및 운영체제의 정보 분배 능력에 따라 결정된다고 판단할 수 있었다. 이를 검증하기 위하여 4번 개발환경에서 운영체제를 64비트로 개선하여 5번째 환경을 구성하여 검증하였다. 상반되는 결과로 64비트 72코어로 동작하는 분산 컴퓨팅 환경에서 단일 프로세서 기반 멀티 코어(1,2,3번) 환경보다 보다 2.5배 내외 연산속도 향상이 있었다. ARM 프로세서용 64비트 운영체제의 완성도가 낮은 시점에서 추후 성공적인 실시간 CFD 모델링을 위한 지속적인 검토가 필요하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권3호
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• pp.197-209
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• 2018

본 연구에서는 전진 비행하는 쿼드 틸트 로터(Quad Tilt Rotor, QTR)에 대한 수치적 연구를 수행하여, 각 구성 요소에 의한 간섭효과와 위상차 및 로터 회전 방향 등 로터 운용조건에 의한 영향을 분석하였다. 효율적인 로터 유동장 계산을 위해 오픈소스 CFD 코드인 OpenFOAM에 Actuator Surface Method(ASM) 기법을 결합한 해석자를 사용하였다. 전 후방 날개의 양력은 날개 끝단에 부착된 로터의 회전 방향에 따라 증감하며 특히 후방 날개에서는 전 후방 로터에 의한 간섭효과가 복합적으로 나타난다. 전 후방 로터의 위상차에 의한 날개의 공력 성능 변화는 상대적으로 미미함을 확인하였다. 로터에서는 날개로 인한 폐쇄효과 발생에 따라 국소적으로 높은 추력이 발생한다. 특히, 후방 로터에서는 전방 나셀에서 발생한 후류의 간섭효과로 인해 전방 로터 대비 높은 국소적 추력이 발생한다. 또한 로터 간의 위상차에 따라 추력 요동의 진폭이 감소할 수 있음을 확인하였으며 운용 조건에 따른 전 후방 로터의 성능과 전체 비행체의 공력 성능을 비교, 분석하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.335-349
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• 2017

수중에 설치되는 잠제는 해안침식을 방어하기 위한 대표적인 연안구조물로 지금까지 다양한 형태의 잠제가 제안 연구되어 왔다. 이와 같은 잠제는 천단에서의 급격한 수심변화에 의해 구조물 주변에서 복잡한 파동장을 형성한다. 본 연구는 3차원투과성잠제를 대상으로 잠제 주변에서 형성되는 파고분포 및 평균수위분포를 수치적으로 검토하였다. 수치해석에는 오픈소스 CFD 소스코드인 OLAFOAM을 적용하였으며, 투과성직립벽 및 불투과성 잠제에 대한 기존의 실험결과와의 비교를 통해 수치해석모델의 적용성을 검증하였다. 이를 바탕으로 설상사주의 형성조건에 있는 투과성잠제 주변에서 형성되는 파고분포 및 평균수위분포를 검토하였다. 수치해석결과, 잠제 사이의 개구부 폭이 감소할수록 개구부 중앙에서는 파고가 증가하지만 개구부 배후에서는 개구폭이 증가할수록 파고가 증가하며, 연안으로부터의 잠제 설치위치는 파고의 변화에 크게 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 또한, 잠제의 개구부 폭이 감소함에 따라 잠제 개구부의 제두부 근방에서 평균수위 하강이 증가함을 확인하였다.