• 한국항공우주학회지
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• 제33권7호
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• pp.1-8
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• 2005

풍동 시험부 비정상 벽면효과에 대한 연구를 위해 폐쇄형 시험부내의 원형 실린더 주위 유동장에 대한 수치적 연구를 수행하였다. 수치기법은 Roe의 flux-difference-splitting을 사용한 격자점 중심 유한체적법과 이중시간 전진 기법을 사용하는 내재적 시간적분법을 사용하였다. 계산 결과 폐쇄형 시험부에는 실린더 주위 비정상 유동장에 압력구배를 강화시켜 실린더의 양력 및 항력의 진폭을 크게 하고, 실린더 뒷전에서의 기저압력을 작게 하여 항력을 증가시키는 벽면효과가 있음을 확인하였다. 또한, 이러한 시험부 벽면은 실린더 와류 shedding 주파수를 커지게 하는 효과가 있다. 시험부 벽면에서의 압력은 벽면효과가 포함된 shedding 주파수를 기본으로 하는 고조파 현상을 보인다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.7-12
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• 2003

지하철 역과 같이 대형 개구부가 있는 공간의 화재와 제연을 조사하기 위해, 지하철 역과 유사한 구조의 4 m ${\times}$ 1 m ${\times}$ 1.5m 크기의 공간 내 50 kW의 폴리우레탄 화재에 대한 수치모사를 수행하였다. 대와류모사를 난류모델로 사용하고, 혼합분율 연소모델과 복사 유한체적법을 사용하였다. 화재 발생 후 5초부터 급배기방식과 급기방식, 배기방식의 세가지 기계 제연방식이 각각 작동했을 때 제연방식에 따른 승강장과 출입통로의 공기온도와 연기이동을 비교하였다. 제연방식 가운데 급배기방식의 제연성능이 가장 좋고 안전한 것으로 나타났다. 그러나 지하철 역에 사용되고 있는 급기방식은 급기구를 통해 공급된 공기가 고온의 연기와 혼합됨으로써 제연성능이 오히려 자연제연방식보다 불량하므로 지하철 역과 같은 구조에서는 적합하지 않음을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2007년도 제28회 춘계학술대회논문집
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• pp.295-298
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• 2007

본 연구에서는 초음속 공동유동장에서 발생하는 압력변동을 저감하기 위한 피동제어방법의 유용성을 실험 및 수치해석적으로 조사하였다. 피동제어방법으로 사각 공동내 상류 벽면에 sub-cavity를 설치하였다. 공동내 하류벽면에 센서를 설치하여 압력변동 값을 실험적으로 측정하였으며, 측정된 압력변동값을 FFT변환하여 주파수 분석을 하였다. 수치계적으로는 공동내 압력변동 특성을 살펴보기 위해 3차원 비정상 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하여 유동장을 모사하였으며, 유동의 난류상태량들은 LES 방법을 사용하여 계산하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다. 공동유동에서 진동 특성은 공동 하류벽면에서 발생하는 압력진동에 의존한다. 특히 leading tip 두께와 sub-cavity 크기가 진동 저감효과에 주요 인자이다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권3호
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• pp.219-228
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• 2010

텀블형 드럼 건조기의 적외선 건조 과정동안의 온도 및 수분량의 변화를 예측할 수 있는 2 차원 수학적 모델을 개발하였다. 본 모델에서는 건조대상 물질의 액체 수분의 이동과 건조공기의 유동 및 열전달을 고려하였다. 유체의 유동과 열전달 현상, 그리고 복사열전달은 유한체적법을 이용하여 해석하였다. 텀블 건조기의 2 차원 모델을 모사하기 위한 지배방정식을 소개한 후 적외선 히터, 히터의 온도, 그리고 가열 패턴에 따른 수치해석을 수행하였고, 적외선 히터를 도입함으로써 건조시간을 감소시킬 수 있음을 제시하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제35권4호
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• pp.1-10
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• 1998

본 논문에서는 비압축성 Newtonian 점성유동에서 초기에 순간 출발하는 2차원 실린더 주위의 유동을 해석하기 위해서, 와도를 기저로 한 수치해석기법을 제안하고 있다. Helmholtz 분리 형태로 표현된 Navier-Stokes방정식에서 유도되는 와도전달방정식과 압력방정식, 그리고 벡터등식에서 유도되는 속도-와도 관계식을 이 문제의 지배방정식으로 택하고, 경계조건으로는 물체표면에서 와도와 압력의 연성관계와 힘의 평형을 고려한 동적와도경계조건과 동적압력조건이 제시된다. 이 지배방정식과 경계조건을 수치적으로 처리하기 위하여, 와도와 압력이 연성되어 있는 경계조건은 Wu등(1994)이 제안한 대로, 연성관계를 유지한 채로 식을 분리하는 방법을 이용하였고, 와도전달 방정식은 유한체적법으로 계산하였으며, 그 식에 포함된 대류항을 처리하는 방법으로 TVD 방법을 이용하였다. 속도는 Biot-Savart적분항이 포함된 벡터등식에서 panel방법으로 구하고, 압력방정식은 형태가 Poisson방정식이므로 역시 panel방법을 이용하였다. 계산에 사용된 격자로 정규격자를 이용하고, 결과를 다른 수치적, 해석적 결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제4권3호
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• pp.11-18
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• 2000

초음속 노즐 뒤에서 형성되는 과소팽창 제트(Underexpanded jet)가 분사될 때 베럴 충격파(Barrel shock), 팽창과(Expansion fan), 마하 디스크(Mach disc), 제트 경계면(Exhaust-gas jet boundary), 그리고 반사 충격파(Reflected shocks)와 같은 구조의 풍격파 셀(Shock cell)이 연속적으로 나타난다. 이러한 충격파 셀은 난류 소산에 의해 희미해지며 거리가 멀어지면 사라진다. 과소팽창 제트가 수직 평판에 충돌하게 되면 챔버 압력 및 출구 마하수 등 여러 인자들에 따라 달라지는 복잡한 유동장을 형성하게 된다. 본 논문에서는 평판에 충돌하는 과소팽창 제트가 형성하는 유동장을 압축성 Navier-Stokes 방정식에 유한체적법을 적용하여 수치적으로 구한 해존 실험 데이터와 비교 검증하였다. 실험 데이터와 계산 결과의 압력구배 및 유동가시화 사진 비교 견과 노즐과 평판이 가까운 경우에 충돌제트유동을 잘 예측할 수 있었으며, 과소팽창비가 작을 때 과소팽창비에 따른 충돌제트 유동분포의 영향은 자게 나타남을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권2호
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• pp.135-143
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• 2017

밀폐된 공간내의 공조 문제에 있어서 실내의 기류 및 온도 특성을 전산유체역학기법을 통해 쉽게 예측할 수 있는 맞춤형 시뮬레이터를 개발하였다. 본 시스템에서는 사용자가 직접 해석 대상 평면도를 입력하고 적절한 경계조건을 설정하면 전산유동해석을 위한 계산 격자가 자동으로 생성되고 유한체적법으로 이산화된 공개 전산유체코드를 통해 주어진 공간내의 열유체 해석 결과를 얻게 된다. 초기 실내 평면도면 입력부터 경계조건 설정, 전산유동해석 결과까지 하나의 사용자 인터페이스 상에서 작업할 수 있으며 격자생성과 유동해석 알고리듬은 공개 라이브러리를 사용하여 구현하였다. 간단한 실험 데이터를 통해 해석결과를 검증하였으며 실제 실내 공조에 대한 기류해석을 통해 유동의 경향성을 파악할 수 있는 맞춤형 유동전산모사 시스템을 구성하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.2610-2616
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• 2014

이젝터는 펌프의 일종으로서 고압의 유체가 지닌 압력에너지를 이용하여 흡입 유체를 빨아들여 이송하는 기계장치이다. 본 논문은 유한체적법 기반의 CFD 분석을 이용하여 이젝터의 성능에 영향을 미치는 혼합실 형상에 따른 영향을 조사하였다. 혼합실 내부의 노즐 직경과 노즐목 길이, 그리고 노즐 끝단과 유체가 외부로 빠져나가는 디퓨저 입구까지의 거리를 변화시키면서 성능을 좌우하는 흡입유체가 가장 잘 흡입되는 최적의 조건을 조사하였다. 연구 결과 이젝터의 성능은 노즐의 직경이 가장 큰 영향을 나타내는 것을 확인하였다. 혼합실 내부 노즐의 직경이 감소함에 따라 혼입율이 증가하는 것을 확인하였고 노즐 직경이 증가할수록 혼입율이 감소되는 것을 확인하였다. 반면 노즐목 길이, 노즐끝단과 디퓨저 입구까지의 거리에 대한 영향은 미비한 것으로 확인되었다. 마지막으로 CFD분석 자료를 토대로 인공신경망을 이용하여 더욱 구체적인 이젝터 혼합실 형상, 노즐 직경 23.8mm를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.291-291
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• 2018

하천 및 수자원의 효율적인 관리와 더불어 다양한 수공구조물의 운영 및 관리를 위해서 구조물 주변에서 발생하는 불연속 흐름 및 급변류 등의 현상과 구조물 운영을 반영한 수치해석 기법을 이용한 모델 개발의 중요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 하천의 불연속 흐름을 모의하기 위한 1차원 흐름해석 모형(K-River)을 개발하였다. 본 모형은 천이류와 급변류를 수치적으로 안정하게 처리하기 위하여 지배방정식을 보존형 Saint-Venant 방정식으로 선정하고, FVM과 Forward Euler 방법을 이용하여 이산화를 수행하였다. 수치흐름률을 계산하기 위해서 불규칙 단면과 하상의 급경사 등에 신뢰도가 높은 기법으로 판단되는 근사 Riemann해법 중 하나인 HLL flux를 이용하였다. 개발된 K-river 모형의 검증을 위해서 해석해가 존재하는 타원형의 하상융기가 있는 하도에 적용하였으며, 국내에서 하천 설계 및 관리를 위해서 광범위하게 이용되고 있는 1차원 흐름해석 모형인 FDM기반의 HEC-RAS 모의결과와 비교 검토를 수행하였다. 그 결과, FDM기법에서는 모의되지 않는 일부 급변류 패턴을 개발 모형을 통해 모의가능하였으며, 전체적으로 K-River가 기존 모형 보다 해석해에 근사한 결과를 나타내었다. 또한, 배수문을 비롯하여 합류부, 분류부, 펌프장, 암거 등이 설치되어 운영되고 있는 아라뱃길에 적용하여 K-River의 적용성을 평가하였다. K-River를 이용하여 아라뱃길의 흐름분석을 수행한 경우가 HEC-RAS를 이용한 경우보다 수위와 유량의 유동을 시간에 따라 세밀하게 모의하였으며, 이는 배수효과에 의한 파의 전달이 FDM기법 대비 정확히 모의되기 때문으로 판단된다. 추후 연구에서는 현재보다 시간간격을 상세화 하여 수집된 관측수위를 통해 추가적인 검증을 수행하고, 다양한 특성을 가진 타 하천 등에 적용하여 모형의 적용성을 확대하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.337-337
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• 2015

홍수 저감, 생태계 복원, 위락 등 다양한 목적의 충족을 위해 강변에 저류지, 즉 다목적 유수지(detention basin)를 조성하는 사례가 나타나고 있다. 하천에서 홍수의 발생으로 수위가 어떤 기준보다 높아지면, 흐름의 일부를 돌려 저류지로 보냄으로써 본류의 부담을 덜 수 있다. 이때, 흐름의 분기를 위해 설치되는 하천구조물 중 하나가 측면 위어(side weir) 또는 횡월류 위어(side discharge/overflow weir)이다. 하천의 계획과 설계에서 위어가 적용될 때, 위어에 대한 수위-유량 관계, 즉 그 형식과 제원에 적합한 유량계수(discharge coefficient)의 결정이 관건이 된다. 일반적인 위어와 달리 흐름 양상이 복잡한 측면 위어의 경우, 이론과 실제의 괴리가 아직까지 해소되지 않아 실물 또는 3차원 수치 모형을 이용한 시험으로 수위-유량 관계를 수립할 필요가 있다. 이렇게 결정된 수위-유량 관계는 1차원 또는 수심적분 2차원 모형의 내부 또는 외부 경계로 사용되며, 본류의 수위 증감에 따른 측면 위어의 횡월류량을 통해 저류지의 홍수 조절 능력을 평가할 수 있다. 이 연구에서는, 측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 2차원 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률(flux)의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하였다. 먼저, 측면 위어가 없는 실험 조건에 대해 수로 내 한 측선에서 측정된 수위와 유량을 모의 결과와 비교하여 모형을 검증하였다. 이때, 경계조건으로 상류 끝에 측정 유량을, 하류 끝에 측정 수위를 부여하였으며, Manning의 조도계수를 0.014로 설정하였다. 또한, 측면 위어가 설치된 수로에 대해 계산 영역을 340개의 삼각형 격자로 분할하고 측면 위어가 없는 경우와 동일한 조건을 두어 모의하였다. 측면 위어의 하류에 위치한 측선에서 측정치에 대한 평균 제곱근(root mean square) 오차가 수위에 대해 1.9 mm, 유량에 대해 $2.2{\ell}/s$로서 그림과 같이 모의 결과는 실험의 그것과 잘 일치하였다. 이로써, 측면 위어에 대한 수위-유량 관계의 수립을 위한 실물 모형 시험 없이 수심적분 2차원 수치모의를 통해 저류지의 홍수 조절 효과를 평가할 수 있음이 확인되었다.