• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2013.04a
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• pp.354-359
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• 2013

일반적으로 건축물의 설계시 풍동 실험을 통한 풍환경의 평가를 수행하고 있으며, 이는 환경 영향 평가법에서 정한 건축 사업 시행 시 수반되어야 할 자연환경, 생활환경 그리고 사회경제환경의 영향 평가의 일환으로 실시되고 있다. 그러나, 풍동 실험의 경우 여러 가지 현실적 제약조건으로 설계와 실험의 피드백 (Feedback)이 원활하지 못하며, 특히 대상 건축물이 공장과 같이 대기 오염원이 되는 경우 실험은 더욱 어려운 형편이다. 이에 대한 보완책으로 전산 유체 역학을 이용한 건축물의 풍압 해석에 의한 풍하중 추정이나 인접 지형-지물의 영향을 고려한 건축물 주위의 풍환경 평가가 있다. 전산 모사에 의해 풍동 실험의 미비점을 보완하고, 보다 상세한 정보를 확보함으로써 건축물의 구조적 안전성의 증대와 환경 피해 감소를 기할 수 있다. 그러나 복잡한 지형-지물이나 건축물 주위의 풍환경에 대한 전산 모사는 주로 두 가지의 기술적 어려움을 수반하게 되다. 그 중 하나는 고정 경계면을 이루는 형상의 복잡성으로 인해 기존에 많이 이용하고 있는 Body-fitted 격자계를 이용하는 경우, 격자 생성 과정이 매우 복잡하고 어려울 뿐 만 아니라 생성된 격자가 주로 비정렬 (unstructured) 특성을 갖게 되어 수치해석 과정의 효율을 저하시키는 요인이 되며, 격자의 형상도 수치해석의 수렴성을 저하시키는 예가 많다. 다른 어려움으로 풍환경은 전형적인 난류 유동장으로서 난류의 전산 해석은 아직도 해결하지 못한 부분이 많다는 점이다. 이에 본 논문에서는 복잡한 지형-지물이나 건축물의 풍하중과 풍환경의 전산 모사 기술 확보를 위하여 수행중인 연구의 일환으로 물체 형상의 기하학적 복잡성의 극복을 위한 가상경계법 (Immersed Boundary Method)과 난류 유동장의 물리적 엄밀성을 높이기 위한 다와동 모사 (Large Eddy Simulation)을 이용한 물체 형상과 무관한 유동장 해석 기술 개발에 대하여 다루고자 한다. 먼저 최근에 유동 해석에 이용되는 방법인 가상경계법(IBM)은 물체를 포함한 전체 전산 영역을 직교 좌표계에 의해 이산화하고, 유동장내 존재하는 물체의 표면에서의 점착 조건을 만족시키기 위하여 지배 방정식에 적절한 외력을 추가로 고려하는 방법이다. 본 연구에서는 가상경계법을 이용하여 경계층에 위치한 건물 형상의 각진 물체 주위 사이에 형성되는 공동 내부의 비정상 유속 및 압력에 대한 전산 해석을 수행하고, 풍상측 전면에 형성되는 경계층에 의한 영향을 분석하였다.

• Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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• v.30 no.2
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• pp.1-6
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• 2022

Recently, the development of UAM, which was named by NASA as an alternative to solve the traffic and environmental problems caused by the rapidly progressing urbanization. When designing UAM, the location of lift fans greatly affects the core technology of the eVTOL type, distributed electric propulsion technology and aerodynamic performance of the vehicle. In this paper, a hybrid UAM model was designed using OpenVSP, an open source aircraft configuration modeling program, and aerodynamic analysis was performed according to the lift fans position change by the vortex lattice method. As a result, it is confirmed that the flight parameters and trailing wakes are stable by fixing the lift fan with the state rotated 0° to the flow direction of the aircraft during cruise flight. Also, OpenVSP is a suitable tool to be used in aircraft configuration modeling and design.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.8 no.3
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• pp.10-16
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• 2004

Untypical unstable burning with very low frequency was observed at firing test of a gas generator using bundle cylindrical grain. The pressure unbalance between inside and outside of cylindrical grain brought such a low unstable burning. The grains were radially holed so that the high pressure gas inside of grain could quickly moved outward of gain, resulting dissipation of the pressure unbalance However too many holes were required to let the burning be stable for all operation regime from low to high temperature of grain and resultantly deteriorate the Progressive increase of gas amount produced by a gas generator. So another idea using grids located both sides of a bundle grain was applied to dissipate actively large vorticities enhanced by unbalance pressure distribution in a combustor. Finally stable burning with progressively increase of gas was established by application of 5${\times}$5 grid slightly away bundle grain to move bundle gain freely in case pressure unbalance were occurred inside of combustor.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.75-75
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• 2011

본 논문에서는 진동중인 교량 거더에 작용하는 풍하중을 산정하고 그에 따른 플러터 발생풍속을 예측하기 위하여 분산형 전산환경을 활용한 수치해석 연구를 수행하였다. 분산형 전산환경은 웹 포탈을 기반으로 수치해석 환경을 제공하는 수치풍동 시스템으로서, 전산유체역학(CFD : Computational Fluid Dynamics)에 대한 전문지식이 부족한 사용자들도 격자생성, 수치해석자를 이용한 계산, 가시화 등의 전 과정을 편리하게 수행할 수 있는 차세대 토목분야 연구 환경이다. 본 시스템은 그리드스피어(GfidSphere)를 기반으로 구성되었으며, 기본적으로 사용자 관리, 세션 관리, 그룹 관리, 레이아웃 관리 등을 제공하여 사용자가 포탈을 통해서 다양한 서비스를 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축하도록 도와준다. 수치해석을 위한 유체 지배방정식은 2차원 비정상 비압축성 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식이며, pseudo compressibility 방법을 적용하였다. 비정상 유동장을 해석하기 위하여 이중시간 전진법(dual time stepping)을 사용하였으며, 수렴가속화를 위해 Multi-grid 기법을 적용하였다. 또한 난류 유동장 해석을 위해서 $k-{\omega}$ SST 난류 모델을 사용하였으며, 난류 천이 과정에서의 유동을 모사하기 위하여 Total stress limitation 방법을 적용하였다. 교량 거더의 연직과 회전방향의 2자유도 움직임을 모사하기 위하여 동적격자 기법을 도입하였다. 교량 거더 주변의 비정상 유동해석 결과를 통해, 거더 표면에서 떨어져나가는 크고 작은 와류의 영향으로 양력 및 모멘트 계수 그래프가 중첩된 진폭과 주기를 갖고 주기적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 비정상 공기력을 적용한 2자유도 플러터 방정식을 통하여 플러터 발생풍속을 산정하였다. 최종적으로 본 연구에서 계산된 결과의 타당성을 검증하기 위하여 수치적으로 구한 플러터 발생풍속과 기존의 실험 및 수치해석 결과를 비교하였으며, 결과는 잘 일치하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.44 no.5
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• pp.381-390
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• 2016

In this study, aeroacoustic characteristics of combined fan are investigated and noise was reduced by applying Serrated Trailing Edge which is known as the method to reduce fan noises. Unsteady CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis was carried out using Lattice Boltzmann Method(LBM) to figure out the combined fan's aeroacoustics and experimental results was used to verify simulation results. Results show that different BPFs are generated at the each inner fan and outer fan on the different frequency while Blade Passing Frequency(BPF) of general fans is constant on the entire frequency range. Boundary vortex and vortex shedding are suppressed or dispersed by applying the Serrated Trailing Edge to the inner fan. Furthermore, broadband noise and fan's torque are reduced.

• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.54-54
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• 2017

본 연구는 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 기초 단계로서 V1505A 및 V2008B 기본 두 익형의 400 mm 블레이드 섹션에 해당하는 모델에 대한 풍동실험을 실시하여 양력, 항력 및 동력특성을 분석하고 CFD 시뮬레이션의 결과와 비교하고 검증하였다. 시뮬레이션은 풍동 실험과 유사하게 설정하기 위하여 400 mm 블레이드 섹션의 양 끝을 벽으로 제한하여 3차원 와류현상을 억제하여 모델을 구성하였고, 시뮬레이션의 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 사용된 모델은 로터로부터 $Re=0.32{\times}10^6$ 영역까지는 aminar 모델을 사용하였으며, 그 이후 영역역(>$Re=0.32{\times}10^6$)은 양력 및 저항의 급격한 변화를 올바로 포착할 수 있다는 S-A 모델을 적용하여 확장하였다. 시뮬레이션의 격자는 유동 현상에 있어 박리로 야기된 와류 현상을 관찰하기 위하여 익형 주변에 접하는 부분에 격자를 집중시켰다. 시뮬레이션 방법은 유속은 36~141 m/s 까지 5 수준으로 하였으며, 받음각은 $0{\sim}16^{\circ}$로 7 수준으로 변화 시키면서 공력계수 및 동력을 분석하였다. 양력분석에 있어 익형 V1505A에 비해 익형 V2008B의 특성이 우수하였으나, 익형 V1505A는 실속 이후 양력이 급격히 떨어지지 않고 유지되는 특성을 보였다. 익형 V2008B는 낮은 받음각에서 높은 공력과 낮은 항력을 나타냈다. 동력 분석 결과로 익형 V1505A의 유도동력은 총 동력의 56~72%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 27~43%를 차지하였다. 익형 V2008B는 유도동력은 총 동력의 66~81%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 18~33%를 차지하였다. 익형 V2008B이 익형 V1505A보다 유도동력은 크며, 형상동력은 적게 나와 상대적으로 효율적이라 할 수 있다. 헬리콥터 동력원의 규모는 법률적인 총중량에 의하여 제한되므로 일반적인 농용 소형 무인 헬리콥터 엔진의 사양인 24.5 kW (32PS)를 적용한다면, 익형 V1505A은 받음각 $8{\sim}10^{\circ}$에서 그리고 익형 V2008B은 $7{\sim}9^{\circ}$정도에서 받음각이 제한되며 이때 총 양력은 1200~1300 N 정도로 예상된다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.18 no.3
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• pp.673-680
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• 2017

sump pump is a system that draws in water that is stored in a dam or reservoir. They are used to pump large amounts of water for cooling systems in large power plants, such as thermal and nuclear plants. However, if the flow and sump pump ratio are small, the flow rate increases around the inlet port. This causes a turbulent vortex or swirl flows. The turbulent flow reduces the performance and can cause failure. Various methods have been devised to solve the problem, but a correct solution has not been found for low water level. The most efficient solution is to install an anti-vortex device (AVD) or increase the length of the sump inlet, which makes the flow uniform. This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) analysis of the flow characteristics in a sump pump for different sump inlet lengths and AVD types. Modeling was performed in three stages based on the pump intake, sump, and pump. For accurate analysis, the grid was made denser in the intake part, and the grid for the sump pump and AVD were also dense. 1.2-1.5 million grid elements were generated using ANSYS ICEM-CFD 14.5 with a mixture of tetra and prism elements. The analysis was done using the SST turbulence model of ANSYS CFX14.5, a commercial CFD program. The conditions were as follows: H.W.L 6.0 m, L.W.L 3.5, Qmax 4.000 kg/s, Qavg 3.500 kg/s Qmin 2.500 kg/s. The results of analysis by the vertex angle and velocity distribution are as follows. A sump pump with an Ext E-type AVD was accepted at a high water level. However, further studies are needed for a low water level using the Ext E-type AVD as a base.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.40 no.8
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• pp.695-702
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• 2012

In this study, Multi-fidelity analysis is performed to improve the accuracy of analysis result during conceptual design stage. Multidisciplinary Design Optimization(MDO) method is also considered to satisfy the total system requirements. Low-fidelity analysis codes which are based on empirical equations are developed and validated for analyzing the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) which have unconventional configurations. Analysis codes consist of initial sizing, aerodynamics, propulsion, mission, weight, performance, and stability modules. Design synthesis program which is composed of those modules is developed. To improve the accuracy of the design method for UAV, Vortex Lattice Method is used for the strategy of MFA. Multi-Disciplinary Feasible(MDF) method is used for MDO technique. To demonstrate the validity of presented method, the optimization results of both methods are compared. According to those results, the presented method is demonstrated to be applicable to improve the accuracy of the analyses during conceptual design stage.

• Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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• v.12 no.4
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• pp.227-234
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• 2009

Using a finite volume ocean circulation model based on an unstructured grid (FVCOM), we studied the structure of a fresh water bulge that influences on the Region Of Freshwater Influence. Fresh water discharged a river forms a coastal boundary current to the righthand side and a cyclonically circulation freshwater bulge that grows with time. In the middle of the bulge, vertical motions bring fresh water to the bottom. When tidal motions are included, the bulge disappears while the boundary currents becomes wider. Through a simple comparison of areas occupied low salinity water we quantified vertical and horizontal mixing due to the tide and showed that the tidal motion enhances the vertical mixing. During the first few tidal cycles right after the onset of the river discharge, due to tidal excursion the horizontal mixing becomes stronger. The vertical mixing by the tide mixes the fresh water After a certain time the water around the river mouth is well mixed and the horizontal excursion of the fresh water near the river mouth does not have much effect on the horizontal mixing. When there is no tidal motion horizontal mixing is mainly by the inertial instability at the surface and the horizontal mixing becomes stronger over time.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.50 no.9
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• pp.599-608
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• 2022

Urban air mobility (UAM) equipped with rotor system is subject to ground effect at vertiport during takeoff and landing. The aerodynamic performance of the aircraft in ground effect should be analyzed for the safe operation. In this study, The ground effects on the aerodynamic performance and wake structure of the quadcopter electric vertical takeoff and landing (eVTOL) configuration equipped with coaxial counter-rotating propellers were investigated by using the lattice Boltzmann method (LBM). The influence of the ground effect was observed differently in the upper and lower propellers of the coaxial counter-rotating propeller system. There was no significant change in the aerodynamic performance of the upper propeller even if the propeller height above the ground was changed, whereas the averaged thrust and torque of the lower propeller increased significantly as propeller height decreased. In addition, the amplitude of the thrust fluctuation tended to increase as the propeller height decreased. The propeller wake was not sufficiently propagated downstream and was diffused along the ground due to the outwash flow developed by the ground effect. The impingement of the rotor wakes on the ground and a fountain vortex structure were observed.