• 대한조선학회논문집
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• 제51권5호
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• pp.409-418
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• 2014

Simulation of flow past a complex marine structure requires a fine resolution in the vicinity of the structure, whereas a coarse resolution is enough far away from it. Therefore, a lot of grid cells may be wasted, when a simple Cartesian grid system is used for an Immersed Boundary Method (IBM). To alleviate this problems while maintaining the Cartesian frame work, we adopted an Adaptive Mesh Refinement (AMR) scheme where the grid system dynamically and locally refines as needed. In this study, We implemented a moving IBM and an AMR technique in our basic 3D incompressible Navier-Stokes solver. A Volume Of Fluid (VOF) method was used to effectively treat the free surface, and a recently developed Lagrangian Dynamic Subgrid-scale Model (LDSM) was incorporated in the code for accurate turbulence modeling. To capture vortex induced vibration accurately, the equation for the structure movement and the governing equations for fluid flow were solved at the same time implicitly. Also, We have developed an interface by using AutoLISP, which can properly distribute marker particles for IBM, compute the geometrical information of the object, and transfer it to the solver for the main simulation. To verify our numerical methodology, our results were compared with other authors' numerical and experimental results for the benchmark problems, revealing excellent agreement. Using the verified code, we investigated the following cases. (1) simulating flow around a floating sphere. (2) simulating flow past a marine structure.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.1672-1677
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• 2004

Leading edge extension(LEX) in a highly swept shape applied to a delta wing features the modem air-fighters. The LEX vortices generated upon the upper surface of the wing at high angle of attack enhance the lift force of the delta wing by way of increased negative suction pressure over the surfaces. The present 3-D stereo PIV includes the Identification of 2-D cross-correlation equation, stereo matching of 2-D velocity vectors of two cameras, accurate calculation of 3-D velocity vectors by homogeneous coordinate system, removal of error vectors by a statistical method followed by a continuity equation criterion and so on. A delta wing model with or without LEX was immersed in a circulating water channel. Two high-resolution, high-speed digital cameras($1280pixel{\times}1024pixel$) were used to allow the time-resolved animation work. The present dynamic stereo PIV represents the complicated vortex behavior, especially, in terms of time-dependent characteristics of the vortices at given measuring sections. Quantities such as three velocity vector components, vorticity and other flow information can be easily visualized via the 3D time-resolved post-processing to make the easy understanding of the LEX effect or vortex emerging and collapse which are important phenomena occurring in the field of delta wing aerodynamics.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권11호
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• pp.783-789
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• 2022

최근 연구에 의하면 하이브리드 로켓의 후연소실로 유입되는 연소유동은 고주파수 와류흘림을 포함하고 있으며, 노즐 벽면과 충돌하여 대향류가 형성되며 점화지연을 동반한 추가적인 연소가 발생하는 것이 확인되었다. 본 연구는 대향류 발생에 의한 점화지연이 연소압력 맥놀이가 나타나는 원인임을 확인하려 한다. 이를 위하여 Culick이 제안한 기존의 열음향 불안정 발생에 대한 에너지 킥 모델에 점화지연 발생을 반영한 수정 모델을 제안하였고 수치계산을 통하여 점화지연의 크기 변화가 열음향 결합에 의한 연소압력 맥놀이 발생을 결정하는 중요한 인자임을 확인하였다. 또한 후연소실 길이가 증가함에 따라 실험에서 관찰된 점화지연 감소는 에너지 킥과 압력의 위상 차의 증가를 가져와 맥놀이현상인 주기적인 압력증폭이 전혀 나타나지 않는 것도 확인하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.58-58
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• 2017

점적 호스의 원통형 미로 구조물내의 유동특성을 분석하기 위해 금속판에 동일한 구조의 미로가 가공된 시험부를 활용하여 압력과 유량의 변화에 대한 실험을 CFD 해석하였다. 해석은 미로의 길이에 따른 유량 특성을 정밀하게 분석하기 위해 전체 미로에 구간별 총 8개의 배출구를 배치하고 밸브 조절을 통해 구간별 압력에 따른 유량을 측정함으로서 실험에 의한 압력과 유량의 관계를 검증하고 새로운 경질 미로를 설계하는데 응용하고자 한다. 경질 미로의 이론적인 해석에서 정밀도가 실험을 대신할 가능성이 있는지에 관심을 두었다. 점적관수의 경질 미로는 디자인을 달리함으로써 성능이 높고 미세한 스케일이 침착되지 않는 고성능의 점적관수 장치의 개발이 가능할 것으로 판단하였다. 미로 입구의 공급 유체 압력(Gauge pressure)을 0.5, 1.5, 2.5, 3.0 bar로 나누어 공급하였으며, 8개의 구간별 유출되는 유량은 전자저울에서 측정하였다. 향후 최적 미로의 새로운 설계를 위해 미로구조 전체를 CFD 해석하였고 그 결과를 실험치와 비교 분석하였다. 또한 경질 미로내 각 구간별 세부적인 유동구조를 분석하였고 해석결과와 실험결과를 통해 향후 새로운 경질 구조의 개발이 가능 할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 입구압력에 따른 미로의 길이 #1과 #2에 대한 CFD 분석에서는 전체적으로 경질 미로에 압력이 증가할수록 미로의 유체 속도가 증가됨을 알 수 있었으며 이것은 #2에서도 거의 같은 양상을 나타내었다. 미로 통로에서는 와류로 인한 이물질의 멈춤 현상이 발생하지 않을 만큼 흐름이 원활함을 알 수 있었다. 미로의 길이 #3과 #4에 대한 CFD 분석과 미로의 길이 #5와 #6에 대한 CFD 분석에서는 압력이 증가하고 미로의 길이가 길어질수록 속도에도 영향을 미치고 있는 것으로 나타났으며 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어지고 있음을 알 수 있었다. 따라서 이 부분에는 유체속의 이물질이 침착할 수 있는 가능성이 있으며 통로가 좁은 곳에서는 유속이 증가되는 것으로 나타났다. #7과 #8은 미로의 상하단으로 유출되는 부분의 차이이므로 실질적으로 해석의 결과는 차이가 없었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적인 반비례 현상을 나타내어 앞서 실험한 연구의 결과와 1~2% 오차 범위에서 잘 일치하였다. 따라서 점적 호스의 경질 미로에 대한 설계는 이론적인 해석을 통하여 새로운 디자인이 가능할 것으로 판단되었다. 경질 미로의 미로의 길이에 따른 CFD 분석의 결과는 실험적인 유출량의 값과 거의 일치하였다. 미로와 미로 사이의 넒은 통로에서는 유속이 크게 떨어져 이물질들이 침착될 가능성이 있었으며 실질적으로 넓게 설계하는 것이 유리하지 않을 것으로 판단되었다. 경질 미로에 대한 압력에 따른 미로의 길이별 유출량은 지수적으로 반비례 하였으며 점적 호스의 경질 미로에 대한 새로운 설계는 이론적인 해석을 통하여 가능할 것으로 판단되었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.55-55
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• 2011

연안 및 해안공학의 발달과 더불어 부유식방파제의 기능적 효율성이 중요시 되고 있다. 흔히 사용되어오던 착저식방파제는 설치에 많은 시간과 경비가 소요되고 환경 및 생태계에 많은 변화를 줄 수 있으며, 설치 예정지의 수리학적 특성 등의 여건에 많은 제약을 받는 단점이 있다. 부유식방파제는 일본 등의 선진국을 중심으로 활용이 잦아지고 있는 방파제로서 수면 위에 설치되기 때문에 수중 생태계에 미치는 영향이 적은 친환경방파제이다. 또한 기존에 시공된 중력식방파제와는 달리 수심에 제한을 덜 받고, 공사기간이 짧기 때문에 경제적이다. 실제 시공사례로는 2007년 마산 원전항에 완공된 부유식방파제가 대표적이며, 지금까지도 부유식방파제에 대한 여러 연구자들의 관심이 증가하고 있는 추세이다. 방파제뿐만 아니라 우리나라처럼 국토의 면적이 작은 지역에서 증가하는 해상물동량을 소화하기 위해서 부유식방파제 등을 이용한 항만의 시공이 필요한 실정이다. 이러한 부유식방파제의 분석적인 측면에 있어서 수치해석은 파랑과 구조물의 상호작용을 해석하는 데 한계가 있으며, 부유식방파제 단면형상을 정확하게 재현할 수 없으므로, 수리모형실험을 통한 부유식방파제의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 최근 기술의 발달로 인한 유동장 해명이 가능해 졌으며, PIV(Particle image velocimetry) 및 LDV시스템은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, LDV시스템은 측정하려는 한 지점에 대하여 레이저 빔을 단면(Cross-section)으로 만들고 입자의 산란광을 후방산란(Back scatter)으로 받아서 도플러 효과를 이용, 속도에 대한 주파수를 획득하며, 유속을 측정하는 장비로 매우 높은 정확도와 비접촉식 이라는 장점을 가지고 있다. 또한, PIV 시스템에 비하여 측정시간이 오래 걸리는 반면 데이터를 가공하지 않고 활용할 만큼 높은 정확성을 가지고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 단독형, 2열형 및 3열형 부유식방파제의 형상, 흘수 및 거리를 변화시키며 유동장을 수집하였으며, 방파성능에 따른 와의 생성 및 소멸시점에서의 파랑변형과의 관계를 분석하였다. 방파제의 형상과 흘수를 달리하여 수리모형실험을 수행하였으며, 와류의 상관관계를 분석하였다. 또한, 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형을 이용하여 수치모형실험을 수행하였으며, 수치모형실험 결과와 수리모형실험 결과를 비교 분석하였다. 후방방파제에서 발생되는 파랑은 입사파의 주기가 길어질수록 상대적으로 커지는 현상을 보였으며, 흘수심이 깊어질수록 전방방파제 입사 면에서 자유 수면이 높게 관측되는 결과를 보였다. 또한, 비교적 장주기파랑에 해당하는 입사파랑의 경우 전달파고비 산정에 있어서 설계기준인 0.5를 대다수 초과하는 반면, 3열형 구조에서는 대부분이 0.5이하로 상당히 높은 방파성능 결과를 나타내었다.

• 한국항해항만학회지
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• 제36권10호
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• pp.839-844
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• 2012

풍향풍속계는 실시간으로 풍향과 풍속을 측정하는 기상관측기구로서 바람의 영향을 많이 받는 항만, 조선소, 해상구조물, 또는 건설현장에서 사용되는 크레인에 장착되어 작업가능 여부를 알리거나 전도 사고를 예방하기 위한 안전시스템과 연동되어 사용된다. 로드 셀형 풍향풍속계는 4개의 수풍부에 연결된 로드 셀의 하중 합을 이용하여 풍속을, 하중 비를 이용하여 풍향을 측정한다. 선행연구에 따르면, 풍향에 따른 인접한 두 수풍부의 하중 비는 날개 주위에 와류로 인해 불규칙한 값을 보이게 되며, 이는 풍향 오차를 증가시키는 원인이 된다. 본 연구에서는 이러한 오차를 줄이기 위하여 세 가지 수풍부 형상에 따른 하중 비를 분석하고, 오차를 줄일 수 있는 수풍부 형상을 제시하고자 한다. 수풍부 형상에 따른 하중 비를 비교하기 위해 ANSYS CFX를 사용하여 유동해석을 수행하였으며, 설계변수로 0도에서 90도까지 11.25도 간격으로 9가지 풍향조건을 설정하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제38권4호
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• pp.367-375
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• 2014

셀-튜브 열교환기는 산업분야에서 가장 널리 사용되는 열교환기이다. 열교환기의 열적 성능을 개선하기 위하여 셀-튜브 열교환기에 대해 배플의 배치, 배플의 방향, 배플의 표면의 돌기형상 등의 인자를 변경하였으며, 유동의 박리 및 경계층해석에 적절히 이용되는 SST 난류모델을 적용하여 열전달특성을 고찰하였다. CFD해석시 경계조건는 셀측의 입구온도를 344K로 일정하게 하고, 물의 유량을 6, 12, 18, 24 l/min로 변화시켰다. 그 결과로는 지그재그형 배치가 열전달률 및 압력강하가 향상되는 것으로 나타났으며, 배플의 방향은 기존형보다 수직형 및 각도 $45^{\circ}$형이 열전달이 향상되는 것으로 나타났고, 압력강하는 거의 차이가 없었다. 또한 배플의 돌기형상은 열전달면적을 증가시킴으로써 열전달률 및 압력강하가 향상됨을 알 수 있었다. 해석결과를 통하여 열전달 증가가 유동의 박리, 유체의 체류시간, 튜브와의 접촉면적, 유량, 와류 등에 따라 크게 영향을 받는다는 것을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권3호
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• pp.235-242
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• 2014

공기 베어링의 성능개선을 위하여, 일반적인 급기공 형상(drill shape), 곡면 급기공 형상(matched cube shape) 및 $45^{\circ}C$ 모따기 노즐 출구부(trimmed shape)를 가지는 3가지 형태의 노즐형상에서 급기압을 변화 시켰을 때, 샤프트면 출구압력 특성을 전산유체역학 상용코드를 이용하여 분석하였다. 샤프트면 에서 압력 분포는 노즐 중심부에서 정체점 유동의 영향으로 최대압이 발생하며, 노즐 출구부와 샤프트면 사이의 압력분포는 미세 간극의 영향으로 와류가 형성되어 반경방향으로 국부적인 압력상승 현상이 발생한 후 음압영역이 발생하는 것이 관찰되었다. 또한 이러한 현상은 일반적인 형태의 노즐에서 급기압력비 6.92이상인 경우는 나타나지 않는 것으로 관찰되었다. 급기공 노즐 형상을 matched cubic 곡면으로 변화시켜 샤프트면에서 얻어진 압력 분포는 기존의 노즐과 비교한 결과 순간적인 상승압 구간이 모든 경우에 대하여 존재하였으며 급기압력비 10근처까지 음압구간이 나타나는 것으로 관찰되었다. 또한, 노즐 출구부를 모따기로 변형시켰을 때, 샤프트면에서 최대압력의 영향권이 반경방향으로 확대되었고 음압영역은 나타나지 않는 것으로 관찰되었다. 결과적으로, 급기공 내부의 형상변화보다는 노즐 출구면 외부의 변형이 성능개선에 유리한 것으로 관찰된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권5호
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• pp.683-690
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• 2021

선박 기관실 통풍 설계조건 및 계산 기준에 관한 국제 표준(ISO 8861)을 만족해야 하는 선박 기관구역의 환기시스템은 일반적으로 내연기관에 필요한 연소공기의 공급과 기관구역에서 발생한 열원을 제거하기 위해 설치되며 화재감지기가 포함된 환기시스템의 응답지연은 구역 내부에 형성된 기류와 화재감지기의 설치 위치에 영향을 받는다. 어선에서 발생하는 화재는 상선과 비교하여 인명피해 가능성이 높으므로 화재 조기 감지가 무엇보다 중요하다. 따라서 본 논문에서는 어선에 설치되는 화재 감지기의 초기 화재감지 응답속도 향상과 설치된 감지기의 감도 유지를 위해 기관구역 내부에서 발생한 정량적 연기량에 따른 공기 유동장, 내연기관 연소 공기량 및 기관 구역 내부 압력을 변수로 연기 거동 시뮬레이션이 가능한 해석모델을 구성하여 선박 기관구역 내부의 연기 거동을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 기관실 내부 압력을 감소시키고 연기커튼 설치를 통해 공기 유동장에서의 유속을 감소시키고 와류를 증가시키면 연기 성분의 천장 상승이 가속화되어 연기감지기 응답속도 및 환기시스템이 개선될 수 있을 것으로 해석되었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권1호
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• pp.153-160
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• 2021

아산화질소(Nitrous oxide, N2O)는 지구온난화 물질의 하나로 이산화탄소에 비해 지구온난화효과가 310배 강하고 분해하는데 120년이 소요되기 때문에 오존층 파괴에 주범으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 N2O를 저감하기 위해 고온 열분해 기술을 적용하여 N2O 저감 공정에서 발생하는 NOx 배출 특성에 대해 조사하였다. 고온 유동장을 형성하기 위해 동축 분젠 예혼합 화염을 열원으로 채택하였으며 실험 변수로는 노즐출구속도, 동축류 속도 및 N2O 희석률로 설정하였다. 실험 결과, NO 생성률은 노즐출구속도 및 동축류 유량에 관계없이 N2O 희석률이 증가함에 따라 증가하였다. N2O의 경우에는 연소 불안정성(Kelvin Helmholtz 불안정)이 억제된 안정된 예혼합 화염에서 다량으로 배출되었는데, 이는 화염 면 부근에서 감소된 N2O의 체류시간으로 인해 열분해 시간이 충분하지 않기 때문인 것으로 사료된다. 따라서 N2O의 저감 효율을 증진시키기 위해서는 K-H 불안정성이 발생되는 노즐출구속도를 선정하여 화염 면 부근에서 발생되는 와류(toroidal vortex) 형태의 유동 구조를 형성하는 것이 N2O의 체류시간을 증가시키는데 효과적인 것으로 판단된다.