• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.24 no.1
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• pp.92-100
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• 2018

Vortical systems are considered a main feature to sustain turbulence in a boundary layer through interaction. Such turbulent structures result in frictional drag and erosion or vibration in engineering applications. Research for controlling turbulent flow has been actively carried out, but in order to show the effect of vortices in a turbulent boundary layer, it is necessary to clarify the mechanism by which turbulent energy is transferred. For this purpose, it is convenient to demonstrate and capture phenomena in a laminar boundary layer. Therefore, in this study, the interactions of disturbed flow around a hemisphere on a flat plate in laminar flow were analyzed. In other words, a street of hairpin vortices was generated following a wake region formed after flow separation occurred over a hemisphere. Necklace vortices surrounding the hemisphere also appeared due to a strong adverse pressure gradient that brought high momentum fluid into the wake region thereby leading to an increase in the frequency of hairpin vortices. To mitigate the effect of these necklace vortices, local suction control was applied through a hole in front of the hemisphere. Flow visualization was recorded to qualitatively determine flow modifications, and hot-film measurements quantitatively supported conclusions on how much the power of the hairpin vortices was reduced by local wall suction.

• Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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• v.17 no.5 s.122
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• pp.405-414
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• 2007

In recent years, experimental and theoretical studies show that turbulent flows looking disordered have a definite structure produced repetitively with visible order. As a core structure of turbulence, hairpin vertices are believed to play a major role in developing and sustaining the turbulence process in the near wall region of turbulent boundary layers and may be regarded as the simplest conceptual model that can account for the essential features of the wall pressure fluctuations. In this work, fully developed typical hairpin vortices are focused and the associated surface pressure distributions and their corresponding spectra are estimated. On the basis of the attached eddy model, the overall surface pressure spectra are represented in terms of the eddy size distribution. The model is validated by comparison of predicted wavenumber spectra with existing empirical models, the results of direct numerical simulation (DNS) and also spatial correlations with experimental measurements.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2010.05a
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• pp.571-574
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• 2010

Large-eddy simulation has been conducted to simulate turbulent boundary-layer flows over an array of regularly distributed obstacles considering various cases of a wind incident angle. The effect of wind direction was investigated in the square cube array that periodic boundary condition was imposed. Characteristics of the turbulent flow over the obstacle array have been found to be very sensitive to the direction of prevailing wind or of mean wind or of mean pressure gradient but varied with height, specially below the urban canopy. Turbulent statistics are changed sensitively with the direction of mean pressure gradient around 10 degree.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2016.11a
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• pp.96-100
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• 2016

슬롯판을 이용한 경사충격파와 경계층 간섭유동 제어에서, 슬롯의 각도를 바꾸어 가며 제어 성능을 비교하는 수치적 연구가 수행되었다. 기준이 되는 수직 슬롯, 각도를 달리한 6개의 case를 선정하여 하여 충격파 뒤에서 전압손실 및 경계층 안정성을 기준으로 제어 성능을 평가하였다. 수치해석 결과 모든 형상에 대해 제어하지 않은 상태보다 좋은 성능을 얻었다. 공력성능이 뛰어난 그룹과 그렇지 않은 그룹을 구분하여 슬롯과 공동 유동 구조를 분석하면서 경계층 불안정성을 야기하고 전압손실 감소에 영향을 미치는 것은 경계층과 충격파가 상호작용하는 영역에서 Vortex를 얼마나 제어할 수 있는지 여부임을 알 수 있었고, 이러한 Vortex를 얼마나 제어할 수 있는지에 따라 공력 성능이 결정됨을 파악할 수 있었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2022.05a
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• pp.89-89
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• 2022

하천 합류부에 지천이 유입되는 경우 복잡한 3차원적 흐름 구조를 발생시키고 이로 인해 유사혼합 및 지형 변화가 활발히 발생하게 된다. 특히, 하천 합류부에서 부유사 거동은 하천의 세굴과퇴적, 하천 지형 변화, 하천 생태계, 하천구조물 안정성 등에 직접적으로 영향을 미치기 때문에 이에 대한 정확한 분석이 하천 관리 및 재해 예방에 필수적인 요소이다. 기존의 하천 합류부 부유사 계측 자료들은 재래식 채취 방식으로 수행되어 시공간적 해상도가 매우 낮아서 실측 자료만으로 합류부에서 부유사 혼합을 분석하기에는 한계가 존재하기에 대하천의 부유사 혼합 거동 해석에 수치모형이 주로 활용되어 왔다. 본 연구에서는 하천 합류부에서 부유사 거동을 공간적으로 정밀하게 분석하기 위해 드론 기반초분광 영상을 활용하여 하천 합류부에 최적화된 부유사 계측 방법론을 제시하였다. 현장에서 계측한 초분광 자료와 부유사 농도간의 관계를 구축하기 위하여 기계학습모형인 랜덤포레스트(Random Forest) 회귀 모형과 합류부에서 분광 특성이 다른 두 하천의 특성을 정확하게 반영하기 위한 가우시안 혼합 모형 (Gaussian Mixture Model) 기반 초분광 군집화 기법을 결합하였다. 본 연구에서 구축한 방법론을 낙동강과 황강의 합류부에 적용한 결과, 초분광 군집을 통해 두하천 흐름의 경계층을 명확히 구별하였으며, 이를 바탕으로 지류와 본류에 대해 각각 분리된 회귀 모형을 구축하여 복잡한 합류부 근역 경계층에서의 부유사 거동을 보다 정확하게 재현하였다. 또한 나아가서 재현된 고해상도의 부유사 공간분포를 바탕으로 경계층에서 강한 두 흐름이 혼합되어 발생한 와류(Wake)가 부유사 혼합에 미치는 영향을 규명하였고, 하천 합류부에서 발생하는 전단층의 수평방향 대규모 와류가 부유사 혼합 양상에 지배적 영향을 미치는 것으로 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 2007.12a
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• pp.125-126
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• 2007

In this paper, the floating body with vertical plate is introduced with a study on the flow patterns and characteristics in around the floating body by using 2 frame particle tracking method. This paper introduce an analysis method to predict the characteristics if flow around the neighboring fields if Floating Body with vertical plate in order to investigate a high performance model. Flow visualization has conducted in a drcu1ating water channel by a high speed camera and etc. Flow phenomena according to turbulence intensity distribution and flow separation around the floating body with vertical plate were obtained by two-dimensional PIV system.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.50 no.11
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• pp.747-754
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• 2022

An experimental study was carried out to control a shock-induced boundary layer separation by utilizing the supersonic sweeping jet from the fluidic oscillator. High-speed schlieren, surface flow visualization, wall pressure measurement and precise Pitot tube measurement were applied to observe the influences of the location and the supply pressure of the fluidic oscillator on the characteristics of the oblique-shock-induced boundary layer separation. The characteristics of the separation control by the present supersonic fluidic oscillator was quantitatively analyzed by comparing with a conventional control method utilizing an air-jet vortex generator.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.47 no.1
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• pp.17-25
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• 2019

An intake of Aircraft becomes S-shaped geometry due to spatial limitation or procuring survivability. But curvature of the S-shaped geometry makes secondary flow or flow separation which is the cause of non-uniform pressure distribution. In this study, boundary layer suction is applied to RAE M 2129 S-Duct by attaching sub duct. Design variable is suction location and angle. A mass flow rate drawn out by suction at the sub duct outlet is constant over every model. A grid dependency test was conducted to verify validity of computation. The comparison among the CFD (Computation Fluid Dynamics), ARA experimental result, and ARA computation result of non-dimensional pressure distribution on the Port side and Starboard Side confirmed the validity of CFD. In this study, Distortion Coefficient was used for evaluating aerodynamic performance of S-Duct. The analysis, which was about flow separation, vortex, mass flow rate distribution, and pressure distribution were also investigated. Maximum 26.14% reduction in Distortion Coefficient was verified.

• 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.