• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.1812-1816
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• 2009

이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 유체역학분야에서 지난 30 여년 동안 많이 활용되어온 속도측정 기법으로 오늘날에는 이를 수공학 분야에서 이를 유량측정 등 수리현상 해석에 활용하려는 시도가 다각적으로 이루어지고 있다. 이에 본 연구에서는 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법을 용담댐 시험유역에 적용하여 그의 자연하천에서의 적용성을 검토하고자 한다. 이미지 해석에 의한 유속장 측정방법은 PIV(Particle Image Velocimetry)로 통칭되고 있으며, PIV는 seeding, illumination, recording, 및 image processing의 네 가지 요소로 구성된다. seeding을 위해서 유체를 따라 흐를수 있는 작은 입자를 유체에 첨가한다. 유체를 따라 흐르는 입자들의 선명한 이미지를 얻기 위해서illumination이 필요하다. PIV를 이용하여 흐름을 해석하기 위한 illumination은 일반적으로 이중펄스 레이저가 이용된다. 이렇게 유속장 해석을 하려는 유체에 대하여 seeding 및 illumination이 준비되면 단일노출- 다중 프레임법, 혹은 다중노출-단일 프레임법으로 흐름을 recording을 한다. image processing은 이미지를 다운로드하고, 디지타이징 및 화질향상을 하는 전처리(pre-processing), 상관계수의 산정에 의한 유속 벡터의 결정 및 에러 벡터를 제거하고 유속장을 그래프화하는 후처리(post-processing) 과정으로 구성된다. LSPIV(Large Scale PIV)는 PIV의 기본원리를 근거로 하여 기존의 PIV에 비하여 실험실 내에서의 수리모형실험이나 일반 하천에서의 유속측정과 같은 큰 규모$(4m^2\sim45,000m^2$)의 흐름해석을 할 수 있도록 Fujita et al.(1994)와 Aya et al.(1995)이 확장시킨 것이다. PIV와 비교시 LSPIV의 다른 점은 넓은 흐름 표면적을 포함하기 위하여 촬영시에 카메라의 광축과 흐름 사이의 각도가 PIV에서 이용하는 수직이 아닌 경사각을 이용하였고 이에 따라 발생하는 이미지의 왜곡을 제거하기 위하여 이미지 변환기법을 적용하여 왜곡이 없는 정사촬영 이미지로 변환시킨다. 이후부터는 PIV의 이미지 처리 방법이 적용되어 표면유속을 산정한다. 다만 이미지 변환을 PIV 이미지 처리 전에 하느냐 후에 하느냐에 따라 유속장 해석결과에 차이가 있다. PIV의 네가지 단계를 포함하여 LSPIV의 각 단계를 구분하면, seeding, illumination, recording, image transformation,image processing 및 post-processing의 여섯 단계로 나뉘어진다 (Li, 2002). LSPIV를 적용시 물표면 입자의 Tracing을 위하여 자연하천에서 사용하기에 적합한 환경친화적인 seeding 재료인 Wood Mulch를 사용하여 유속을 측정하였다. 적용지점은 용담댐 상류의 동향수위관측소 지점으로 이 지점은 한국수자원공사의 수자원시험유역이 위치하고 있다. 이미지의 촬영은 가정용 비디오 캠코더 (Sony DCR-PC 350)을 이용하여 두 줄기의 흐름에 대하여 각각 약 5분 동안의 영상을 촬영한후 이중에서 seeding의 분포가 잘 이루어진 약 1분간을 추출한후 이를 이용하여 PIV 분석에 이용하였다. 대체적으로 유속장의 계산이 무난하게 이루어지었으나 비교적 수질 상태가 양호하고, 수심이 낮고, 하상재료가 자갈로 이루어져 있어 비슷한 색상의 seeding 재료를 추적하기 어려운 구간이 발생한 부분에서는 유속의 계산이 정확히 이루어지지 않았다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.7 no.1
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• pp.113-121
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• 1998

In natural convection flows, the fluid velocities are highly dependent on the thermal field and property variations can have a strong effect on both the flow and thermal fields. To examine the effect of property variations, at first, numerical analyses covering wide range of the Prandtl number under the same Rayleigh numbers have been carried out. Next, we have modeled the viscosity and thermal conductivity as parabolic functions of temperature and a comprehensive set of numerical solutions have been obtained to understand the effect. The Prandtl number dependence of Nusselt number is fairly strong even though the effect is still weak compared to the Rayleigh number dependence. When thermophysical properties are dependent on temperature, the flow field showed a fairly weak variation except near boundaries, whereas the temperature field is strongly affected, especially by the temperature dependent thermal conductivity.

• Journal of the Korea Computer Graphics Society
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• v.10 no.2
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• pp.35-41
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• 2004

유체 시뮬레이션은 Navier-Stoke 방정식의 해를 구하는 과정으로 볼 수 있는데, 이 방정식은 초기 조건 및 주변 환경에 따라 매우 민감하게 반응하기 때문에 사용자가 원하는 형태로 제어하는 것이 매우 어려운 일이다. 본 논문에서는 유체의 움직임을 실제 공간에 임베드된 smooth manifold 위로 제한하고, 유체의 움직임을 manifold의 모양에 의해 직관적으로 제어하는 방법을 제안한다. 제어 manifold 안의 유체의 흐름을 자연스럽게 유지하기 위하여 경계에 가상의 중력장을 설정하여 유체가 경계면에서 자연스럽게 내부로 유도되도록 하였다. 본 논문의 유체 제어 방법은 제어 manifold의 모양을 키프레임 보간함으로써 간접적으로 유체 애니메이션의 키프레임 애니메이션으로 만드는 것도 가능하다. 이 과정에서 제어 manifold의 변형에 의한 유체정보를 재구성이 필요한데, 본 연구에서는 그리드의 재샘플링을 통해 해결하는 방법을 제시하였다.

• Journal of computational fluids engineering
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• v.2 no.1
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• pp.29-36
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• 1997

자유흐름장에 놓여 있는 회전 와류쌍을 음원으로 갖는 비정상 유동장에서 사극음원이 음장에 미치는 효과를 알아보기 위해 이차원 음장 수치해석을 시도하였다. 비압축성 유동장에 대한 비정상 수력정보를 기반으로 오일러식에서 교란 압축성 소음항을 도출하였다. 원거리 자유 경계면은 비반사 경계조건을 이용하여 매우 안정된 해를 얻을 수 있었다. 계산된 결과들은 MAE 방법과 비교하여 정확도를 입증하였다. 본 연구를 통해 비압축성 압력교란을 원천항으로 하여 물체가 존재하지 않는 경우에도 사극음원에 의한 음장을 수치적으로 계산이 가능함을 입증하였다.

• Journal of computational fluids engineering
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• v.2 no.1
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• pp.37-45
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• 1997

벽면 근처에 가까이 위치하는 회전와류쌍을 음원으로 갖는 비정상 유동장에서 벽면이 음장에 미치는 효과를 알아보기 위해 이차원 음장 수치해석을 시도하였다. 비압축성 유동장에 대한 비정상 수력정보를 기반으로 오일러식에서 교란 압축성 소음항을 도출하였다. 원거리 자유 경계면은 비반사 경계조건을 이용하였으며, 벽면에서는 벽면 효과를 음향장에 고려하였다. 자유흐름장에 놓인 와류쌍이 대칭인 나선팔을 갖는 반면에, 벽면이 있는 경우엔 음파가 전달되는 경로를 따라 방향성이 존재함을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 벽면이 존재하는 경우에 비정상 수력정보를 이용하여 근거리와 원거리 음장을 동시에 수행할 수 있음을 알아내었다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.22 no.7
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• pp.1173-1182
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• 2000

The rapid mixing process has been considered as an important step in water treatment. Since the coagulant dispersion into raw water by rapid mixer can influence on the flocculation and filtration efficiency, many researchers have developed various devices and mixing methodologies. Until now, they focused attention on only coagulant dose, pH. rotating velocity and G value but overlooked the real turbulent flow and mixer geometry in rapid mixer. Therefore this paper questions the significance of turbulent flows in rapid mixer and focuses on the analysis of turbulent fluid in various mixer geometry with CFD(Computational Fluid Dynamics). The results of the jar-tests using various geometries indicate that the turbidity removal rate in a circular jar without baffle is higher than that of a circular with baffle. And the turbidity removal rate in Hudson jar is also founded to be higher than in the circular jar with baffle. The CFD simulation of velocity fields in jar demonstrates that the differences of removal rates among the various geometries are largely due to the formation of the different turbulent fluids fields with different geometries.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.7
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• pp.455-462
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• 2017

The magnetic interaction between elliptic Janus magnetic particles are investigated using a direct simulation method. Each particle is a one-to-one mixture of paramagnetic and nonmagnetic materials. The fluid is assumed to be incompressible Newtonian and nonmagnetic. A uniform magnetic field is applied externally in a horizontal direction. A finite-element-based fictitious domain method is employed to solve the magnetic particulate flow in the creeping flow regime. In the magnetic problem, the magnetic field in the entire domain, including the particles and the fluid, is obtained by solving the governing equation for the magnetic potential. Then, the magnetic forces acting on the particles are calculated via a Maxwell stress tensor formulation. In a single particle problem, it is found that the orientation angle at equilibrium is affected by the aspect ratio of the particle. As for the two-particle interaction, the dynamics and the final conformation of the particles are significantly influenced by the aspect ratio, the orientation, and the spatial positions of the particles. For the given positions of the particles, the fluid flow is also influenced by the orientation of each particle. The self-assembly structure of the particles is not a fixed one, but it varies with the above-mentioned factors.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.23 no.2
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• pp.77-81
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• 2013

The objective of this study is experimentally to investigate natural convective heat transfer characteristics of the ferrofluid for a concentric annuli under rotating magnetic field with variations of the revolution and the magnetic field strength. The rotating magnetic field was provided by induction motor with 6 poles and 3 phases and the revolution and the magnetic field strength were controlled by an inverter driver and a voltage meter, respectively. Temperatures of the inner pipe and the outer pipe in the tested concentric annuli were maintained at $30^{\circ}C$ and $25^{\circ}C$, respectively, during the test and the direction of the rotating magnetic field was a counterclockwise. As a result, the natural convective heat transfer characteristics of the ferrofluid for a concentric annuli were increased with the rise of the revolution and magnetic field strength due to the increased heat dissipation between hot side and cold side of the concentric annuli.

• The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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• v.40 no.2
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• pp.27.1-27.1
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• 2015

천문학적 유체는 대부분 자기장을 가지고 있으며 난류상태에 있다고 믿어진다. 본 발표에서는 다양한 환경에서 존재하는 자기유체역학적(MHD) 난류를 소개하고자 한다. 첫째, 가장 간단한 경우로 비압축성 유체에서 발생하는 MHD 난류를 살펴보고자 한다. 이 경우, 평균자기장의 세기가 약한 경우와 강한 경우로 나누어 볼 수가 있는데, 평균자기장의 세기가 아주 약한 경우 난류에 의한 자기장의 증폭 현상이 특히 중요하다. 평균자기장의 세기가 강한 경우는 난류의 스펙트럼과 구조가 큰 관심사가 되고 있다. 둘째, 작은 스케일 난류와 초음속 압축성 난류를 간단히 소개하고자 한다. 작은 스케일(이온의 자이로 반경 부근) 난류는 아직 연구가 미진한 분야 중 하나이고 초음속 압축성 난류는 해석적 연구가 어렵기 때문에 연구의 많은 부분을 수치계산에 의존하고 있다. 마지막으로, MHD 난류에 대한 지식이 어떻게 관측에 응용될 수 있는지 간단한 예를 들고자 한다.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2015.03a
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• pp.606-611
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• 2015

초기 화재 진압을 위해 사용되는 스프링클러(sprinkler) 설비는 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수 분포가 달라진다. 화점의 발생 위치는 특정하기 어려우므로 스프링클러의 살수범위(spray coverage)가 넓게 퍼지는 형태가 되는 것이 확률적으로 가장 큰 효율성을 가진다. 본 연구에서는 EDISON_전산열유체 시스템의 다상유동 해석자를 활용하여 스프링클러헤드의 형태에 따라 살수각과 국부 유동장을 분석하였다. 3차원 형상을 가지는 스프링클러헤드 형상을 2차원 단면으로 나누어 해석하였으며 프레임(frame)과 반사판(deflector)의 형상에 따른 유동장의 변화를 살펴보았고 살수각(spray angle)을 정량적으로 나타내었다. 최종적으로 최대 최소의 살수각을 갖는 2차원 스프링클러헤드를 형상화하였고 이를 중첩하여 살수 범위를 넓게 갖는 스프링클러헤드를 3차원 모델링하였다.