• 한국수자원학회논문집
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• 제50권2호
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• pp.89-97
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• 2017

만곡수로에서의 흐름 구조는 나선형 운동을 갖는 이차 재순환 흐름 그리고 만곡부 측벽으로부터 발생하는 흐름분리로 인한 전단층 등으로 복잡하다. 이 연구에서는 3개의 통계학적 난류모형($k-{\varepsilon}$, RNG $k-{\varepsilon}$, $k-{\omega}$ SST) 그리고 자유수면 변동 해석을 위한 VOF 기법을 적용한 비정상 Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) 계산을 수행하여 고진폭 만곡수로인 키노시타(Kinoshita) 수로에서의 이차류와 편수위를 해석하였다. 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 구한 해석결과를 기존 수리실험 자료와 비교하여 각 난류모형의 적용성을 평가하였다. 비정상 RANS 계산에서 적용한 3개의 통계학적 난류모형의 해석 결과를 분석해 보면 키노시타 수로에서 발생하는 만곡부 편수위는 3개 모형 모두 유사하게 모의하는 한편, 전반적인 이차류 분포는 $k-{\omega}$ SST상대적으로 잘 모의하는 것으로 나타났다. 하류에 위치한 만곡부 흐름에 영향을 미쳐 국부적으로 발생한 이차류와 이전의 만곡부 중앙 수면 부근에서 발생하는 한 쌍의 이차 와류가 존재하는 현상을 관측하였으며, $k-{\omega}$ SST 난류모형은 이러한 복잡한 와류 변화를 양호하게 모의했다. $k-{\varepsilon}$ 모형을 기반으로 개발된 두 모형으로 모의한 결과에서는 실험에서 관측된 중앙 만곡부에 존재하는 두 개의 이차류 중, 시계방향 와류가 재현되지 않는다. VOF기법을 이용해서 계산한 만곡부에서의 편수위 해석결과는 적용한 모든 난류모형에 대해서 전반적으로 실험값을 양호하게 재현하는 것으로 나타났다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.11-23
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• 1997

본 논문은 선박용 프로펠러 날개단면의 개발 과정을 다루고 있다. 2차원 날개단면의 유체역학적 특성은 캠버 및 두께 분포, 앞날 반경 등 기하학적 형상에 따라 달라진다. 2차원 날개단면 주위의 전 유장을 난류로 고려한 후 해석하기 위해 유한 체적법에 의한 Reynoles time averaged Navier-Stockes 방정식을 이용한 수치해석 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 날개단aus 표면에 보다 많은 계산점을 주면서도 받음각의 변화에도 격자계 생성이 용이한 O-Type 격자계를 채택하였고, 전 유동장은 k-${\varepsilon}$ 난류 모형을 적용하여 해석하였다. 본 연구에서 개발된 수치해석 기법은 NACA0012의 실험 결과와 비교하여 계산 정도를 확인하였다. 본 연구에서는 낮은 항력을 갖는 고효율 날개단면 개발을 목표로, 항력이 양호한 날개단면은 공동 터널에서 양력, 항력 및 공동 특성 실험을 수행하였으며, 수치 해석 결과와도 비교하였다. 본 연구를 통하여 개발된 2차원 날개단면 해석용 수치 유체역학 코드는 실험 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다. 이상의 과정을 통하여 기존의의 날개단면인 NACA66 두께 분포와 a=0.8 mean line 캠버를 갖는 KH13보다 효율뿐만 아니라 공동 특성도 우수한 단면인 KH28을 개발할 수 있었다. 새로운 날개 단면인 KH28은 선박용 프로펠러에 적용하기 위한 연구가 지속되어야 하며, 한편 낮은 받음각에서 양-항력 추정의 정확도를 높이기 위해서는 개발된 수치해석 코드에 2-경계층 모형이 적용되어야 할 것으로 본다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.361-372
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• 2019

본 연구의 목적은 운동량방정식에서 이송가속도항을 제외한 지배방정식을 이용하여 정형 사각 격자 기반의 2차원 지표면 침수해석 모형을 개발하는 것이다. 공간적 이산화는 유한체적법을 이용하였으며, 시간적 이산화는 음해법을 적용하였다. 모형의 실행시간을 단축하기 위해서 CPU를 이용한 병렬계산 기법을 적용하였다. 개발된 모형의 검증을 위해서 해석해와 비교하고, 가상 도메인에서 수치실험을 통해 모형의 거동을 평가하였다. 또한 국내의 장호원 지역과 모로코의 Sebou 강 지역에 대해서 각기 다른 공간해상도로 침수해석을 수행하고, 그 결과를 CAESER-LISFLOOD (CLF) 모형을 이용한 해석 결과와 비교하였다. 모형의 검증 결과 해석해와 잘 일치된 모의 결과를 나타내었고, 가상 도메인에서의 흐름 해석도 타당한 것으로 평가되었다. 장호원 지역과 Sebou 강 지역에 대한 본 연구와 CLF 모형의 침수모의 결과는 침수심과 침수범위에서 서로 유사하게 나타났으며, 장호원 지역의 경우 홍수위험지도의 침수범위와도 유사한 값을 보였다. 본 연구와 CLF 모형의 모의결과에서 상이한 부분에 대해서는 각각의 모의결과를 비교 평가하였다. 연구결과 본 연구에서 제시된 모형은 홍수터에서의 침수 양상을 잘 모의할 수 있는 것으로 평가되었다. 그러나 본 연구에서 제시된 모형을 이용하여 침수해석을 할 경우에는 도메인 구성 방법과 지배방정식 및 해석 방법에 의한 모형의 특징과 한계점을 충분히 고려해야 할 것이다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제9권6호
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• pp.31-41
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• 2008

본 연구에서는 해성점토로 기 매립된 준설토 지반의 압밀특성 및 평가방법에 대한 연구를 실시하였다. 자중압밀 진행 중인 고함수비의 준설매립지반은 불교란 시료의 채취가 사실상 불가능하므로 압밀특성 파악에 어려움이 있다. 이를 위해 실무에서 압밀거동 분석을 위해 적용하는 압밀정수를 교란된 시료로 이용하여 실내실험으로 평가하는 방법에 대하여 연구를 진행하였다. 실험은 기본물성실험과 표준압밀실험, 일정변형률압밀실험과 60, 100, 150mm 직경의 Rowe-cell압밀실험을 수행하였으며, 함수비 조건을 변화하면서 40g의 중력수준에서 원심모형실험을 수행하였다. 실내 압밀실험시 현장의 응력조건에 해당하는 강제압밀로 시료를 조성하여 보다 합리적인 압밀특성을 파악할 수 있었다. 원심모형실험결과로 획득한 시간-침하관계를 침하예측기법으로 분석하여 최종침하량을 분석하였다. 분석결과, Asaoka방법을 적용한 해석결과가 원심모형실험에 의한 자중압밀결과의 경향을 잘 나타내었으며, 이를 통하여 최종침하량을 추정하였다. 또한, 실내압밀실험과 자중압밀실험결과에 대한 역해석을 통하여 유한변형률 압밀이론의 간극비-유효응력-투수계수 구성관계식을 산정하였다. 구성관계와 다양한 압밀실험을 통하여 획득한 결과를 비교 분석하여 연구대상 지역의 압축지수, 팽창지수, 체적변화계수, 연직 및 수평압밀계수 등의 압밀정수를 제안하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제8권1호
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• pp.39-45
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• 2005

2004년 11월 러시아의 교토의정서 비준에 의하여 2005년 2월에 교토의정서의 발효를 앞두고 있다. 따라서 1차 감축대상국은 2008년부터 2012년까지 1990년 대비 각 국가당 설정된 GHG(Green House Gas)배출량을 감축해야하는 상황에 처해 있다. 본 논문에서는 대기 중에 뿜어내는 GHG중 가장 많은 비율을 차지하는 CO₂를 심해에 친환경적으로 처리하는 기술로서 해양격리기술에 대해 소개한다. 본 해양격리기술은 4개의 주요단계로 구분할 수 있는데, 해양수송기술, 해양분사기술, 해양저장효율평가기술, 해양처리생태영향 평가기술등으로 나눌 수 있다. 본 논문에서는 CO₂의 해양 분출시에 초기희석율에 영향을 미치는 해양분사기술 중, 액포의 거동과 용해에 관한 기초 연구를 수행하였다. 특히 본 연구에서는 전산유체역학 기법 (Computational Fluid Dynamics)을 통해 해수를 연속상(Continuous phase), 액적을 분산상(Disperse phase)으로 한 이상(Two-phase) 유체를 3차원 이동형 비구조 격자와 유한체적법을 이용하여 상 경계면이 거동하면서 거동에 따른 용해도의 변화를 추정하였다 따라서, 본 연구는 액적의 거동과 용해도의 유체역학적 관계를 밝히는 데 기초적 자료가 될 것으로 판단된다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.332-349
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• 2016

OLAFOAM은 파동역학의 시뮬레이션을 위하여 $OpenFOAM^{(R)}$을 확장한 강력한 CFD코드이며, $OpenFOAM^{(R)}$은 다양한 분야에서 각각 수치계산의 목적에 대응할 수 있도록 많은 Solver를 제공하고 있다. OLAFOAM의 기본방정식은 VARANS식에 기초하고, 수치기법으로는 유한체적법을 적용하며, 프로그램은 C++로 코딩되어 Linux운영체제에서 실행된다. 본 연구는 OLAFOAM을 이용하여 먼저 1) 단파와 규칙파하 투과성구조물에서 파의 변형, 2) 규칙파하 잠제에 의한 파의 변형 및 3) 흐름하 규칙파의 변형과 연직유속분포에 대해 기존의 각 실험결과와 비교 검토하여 OLAFOAM의 타당성을 검증하였다. 이로부터 지금까지 거의 검토되지 않은 규칙파와 흐름의 공존장에 설치된 투과성잠제에 대해 배후경사면을 불투과성 혹은 투과성으로 고려한 경우 흐름방향 등의 변화에 따른 잠제 주변에서 수위, 파고, 주파수스펙트럼, 쇄파, 평균유속 및 난류운동에너지 등의 변동특성을 면밀히 검토하였다. 결과로부터 흐름방향(순방향과 역방향)에 따른 파고변화는 난류운동에너지와 밀접한 관계를 가지는 것 등을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제32권10호
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• pp.17-29
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• 2016

본 연구에서는 지반침식 및 연행작용을 고려한 토석류 해석을 위한 모델을 개발하였으며, 이를 대변형 3차원 유한요소 해석을 통해 거동을 분석하였다. 지반침식 및 연행작용을 고려한 토석류 해석 모델은 토석류에 의한 지반의 변형속도에 따른 전단강도 감소를 고려하였으며, 대변형 해석은 Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL)기법을 이용하였다. 모델의 적정성을 확인하기 위하여 지반침식 및 연행작용을 고려한 실내실험(Mangeny et al., 2010)을 모사하여 거동을 비교하였으며, 또한 실제 발생한 우면산 래미안 유역의 토석류를 대상으로 연행작용을 고려한 해석과 고려하지 않은 해석 결과를 비교함으로써 연행작용에 따른 토석류의 거동 및 피해영향 범위를 분석하였다. 그 결과, 실내 모형실험의 결과를 적절히 모사할 수 있었으며, 실제 유역규모의 해석에서도 토석류의 흐름에 의해 원지반의 침식 및 연행작용을 모사할 수 있었으며 연행작용으로 인해 유하부로 흘러내려오는 토석류의 체적과 속도가 증가하는 것을 확인하였다. 이로 인하여 본 연구에서 제안한 해석 모델은 지반의 침식 및 연행작용을 고려하여 토석류의 속도, 토석류의 규모 및 피해 면적을 적절히 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권1호
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• pp.39-52
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• 2012

유역내에서 발생하는 유출은 지표 유출과 지표하 유출이 있으며, 서로 상호작용 상태를 유지하게 된다. 일반적으로 지표와 지표하 둘 중 한 가지 알고리즘으로 해석이 힘든 유역에 대해 지표와 지표하 사이의 동적인 관계를 상세하게 모의해야 하는 경우 상호작용에 관한 요소를 고려하여야 한다. 동적인 상호작용 시스템의 구동에서는 시 공간적인 매개변수가 중요하며, 적절한 모의를 위해시 공간적인 매개변수는 시스템 상에서 지표와 지표하 항에 대한 복합적인 메카니즘으로 구성되어야 한다. 본 연구에서는 이러한 지표 및 지표하 유출의상호작용에 관한 알고리즘을 위해 2차원 확산파 방정식을 이용하여 지표 유출을 해석하고, Darcy의 법칙과 Dupuit-Forchheimer의 가정을 이용한 Boussinesq 방정식을 적용하여 포화상태의 지표하 유출의 알고리즘을 구성하였다. 커플링 방정식으로 공간에 대해서는 유한체적법을 사용하고, 시간에 대해서는 Crank-Nicolson 방법을 이용하였으며, 지표와 지표하 흐름의 상호작용에 대해서는 질량보존의 법칙에 기반하여 구성하였다. 이상의 과정을 통하여 지표 유출해석, 지표하 유출해석, 상호작용, 수치해석 부분의 4가지 주요 모듈을 만들었으며, 4가지 주요 모듈을 통합하여 복합유역의 지표 및 지표하 유출해석 모듈을 개발하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.743-752
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• 2019

만곡수로에서의 흐름은 나선형 운동 형태의 이차류가 지배적이며, 이로 인해 일반적으로 만곡 외측을 따라 침식 현상이 발생하게 된다. 이러한 이차류를 약화시키기 위해서 보통 만곡수로 외측을 따라서 수제와 같은 수공구조물을 설치한다. 이 연구에서는 OpenFOAM 오프소스 소프트웨어를 토대로 난류 해석을 위한 하이브리드 RANS/LES 기법과 자유수면 해석을 위한 VoF기법을 이용한 3차원 수치모의를 통해서 $90^{\circ}$ 만곡수로에 설치된 잠긴수제가 후루드수가 0.43인 조건에서 이차류의 발달에 미치는 영향을 분석하였다. 시간과 공간에 대해서 2차 정확도의 유한체적법을 이용하여 수치모의를 수행하였으며, 수치해석 결과는 실험결과와 비교하여 수치모의의 정확도를 평가하였다. 잠긴수제가 설치된 경우의 수치모의 결과를 흐름방향 유속 분포와 횡방향 순환 유속벡터장을 중심으로 수리실험 관측값들과 비교할 때 수치모의 결과는 수리실험에서 관측된 주요 이차류 흐름 거동과 현상들을 대부분 양호한 정확도로 잘 재현하는 것으로 나타났다. 수치모의 결과를 비교해보면, 잠긴수제 설치로 인해서 만곡이 끝나는 단면 외측 하상부근에서의 유속은 약 평균유속의 1/3 정도 감소하는 반면에 수제 상단부에서의 전단층 발달에 따른 흐름 가속으로 자유수면 부근까지 유속이 증가하고 만곡 수충부에서는 수면 부근 유속이 약 20% 증가하는 것으로 나타났다. 결과적으로 잠긴수제는 만곡부에서 발생하는 이차류의 강도를 약화시켜 만곡부 외측 하상의 안정에 도움이 될 것으로 판단된다. 한편, 각 잠긴수제 전면부에서 말발굽와가 그리고 후면부에서는 후류가 형성되면서 수제 구조물 주변에서 강한 국부세굴이 발생하는 것으로 나타남으로, 국부세굴을 최소화할 수 있는 수제의 형상 및 배열에 대한 추가 연구가 요구된다.