• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.31-32
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• 2007

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.767-768
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• 2011

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.159-159
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• 2011

수자원 공급의 시 공간적 편차가 큰 우리나라에서는 수자원을 이용하기 위해서 다수의 댐을 건설하고 있다. 특히, 생활수준의 향상으로 용수 수요가 급증하였기 때문에 용수가 부족한 곳에는 광역상수도 사업 등을 통하여 용수를 공급하고 있다. 댐에서 용수가 공급되기까지의 과정은 일종의 관수로 흐름으로 생각할 수 있다. 관수로 내를 흐르는 유체가 갑자기 정지하게 되면, 유체 운동 에너지의 변화가 유발되고, 그로 인해 관내에 급격한 압력의 상승이 일어나게 된다. 반대로 정지하고 있던 유체가 빠른 속도로 흐르게 되면 압력 감소가 급격하게 발생한다. 이와 같이 유체 운동 상태의 급변에 의한 압력변화와 그에 따른 압력파가 음속의 속도로 상 하류로 전파되는 현상을 수격작용(waterhammer)이라 한다. 통상적으로 수격작용은 밸브 개폐 정도가 갑자기 바뀔 때, 펌프의 급격한 기동이나 정지 시, 터빈 내 전력소요가 갑자기 바뀔 때, 댐 수위의 갑작스런 변화, 펌프 임펠러의 진동, 물 수요의 급격한 변화 등에 의해 발생하며, 수격작용은 유체의 질량과 운동량 때문에 관 벽에 큰 힘을 가하게 되어 정상적인 동수압 보다 몇 배나 큰 압력을 발생시킴으로 관 자체는 물론 펌프, 밸브, 터빈 등 관 시설물을 파손시키거나 진동, 소음 등을 야기시킴으로 대규모 건물, 공장, 발전소 등을 설계할 경우 그에 대한 적절한 대책을 강구하여야 한다. 특히 댐에 연결된 저수지 또는 조정지로부터의 도수로가 압력수로이며 그 길이가 상당히 크면 수차가 급정지했을 경우 수격작용에 의해서 압력터널 내에 과도한 압력상승이 일어난다. 이 압력상승을 방지함과 함께 발전소 부하의 증감에 따라서 수량을 공급하거나, 흡수할 목적으로 압력도수로와 수압관과의 접합부에 자유수면이 있는 수조를 설치한다. 이것을 조압수조(surge tank)라 한다(최영박, 1979). 조압수조에서 부하의 급속한 차단에 의해서 수차로 유입될 수량이 차단되면 도수로 내로 흘러 들어온 물은 관성 때문에 수조 내의 수위를 상승시키고, 수조 수위가 어느 정도 이상으로 되어 저수지 수위 보다 상승하면 수조로의 유입이 정지하고 반대로 수조에서 저수지로 역류하여 수조수위는 하강한다. 즉, 조압수조는 도수로 내에 발생한 과도한 압력을 수조 내 수면의 승강운동을 이용하여 감소시키고 원래의 안정적인 수위로 회복시킨다. 본 연구에서는 수격작용에 대한 댐 안정성을 확보하는 수단 중의 하나인 조압수조에 대해 살펴보았다. 연구대상으로 용담댐을 선정하였다. 용담댐에 대한 기존의 검토결과 수직 갱의 지름이 5m 이상이면 조압수조의 동적안정조건을 만족 시키는 것으로 조사되었다. 댐의 설계홍수위인 EL. 265.5m를 기준으로 조압수조의 안정성을 감소시키지 않는 범위 내에서 조압수조 내 격벽 설치 유 무에 따른 수조의 최적 크기를 산정하였다. 산정결과를 분석한 결과 동일 조건에서 격벽을 설치한 경우가 격벽을 설치하지 않은 경우에 비해서 조압수조의 면적이 약 21% 감소하는 것으로 나타났다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권6호
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• pp.750-757
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• 2016

본 연구에서는 파 주기와 기울기에 따른 단일 실린더와 다중 실린더의 wave run-up을 추정하였다. 3차원 비압축성 점성 난류 유동이며 서로 다른 상을 가지는 이상유체에 대한 수치해석을 수행하기 위하여, 본 연구에서는 전산 유체 역학 상용코드인 "STAR-CCM+"을 기반으로 하여 VOF기법과 realizable $k-{\varepsilon}$ 난류 모델을 사용하였다. 모델스케일에 대한 파 주기는 단일 실린더의 경우 1.269초와 1.692초이고, 다중 실린더의 경우 1.716초이다. 각 케이스 별로 1/30, 1/16의 파 기울기를 가진다. 최종적으로 파 기울기와 주기에 대한 wave run-up 추정 결과는 관련 실험 결과와 비교하였다. 수치해석 결과는 실험과 비교하여 정성적으로 유사함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권7호
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• pp.767-774
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• 2012

신형경수로인 APR1400의 안전주입탱크에는 유량조절장치가 설치되어있다. 이러한 유량조절장치는 안전주입탱크 내부의 수위에 따라 유량조절장치 내부에 위치한 와류실의 유동양식이 변하도록 설계되어 있어, 피동적으로 유량이 조절되는 특성을 가지고 있다. 그러나 고유량에서 저유량으로 전환되는 과정에서 유동의 관성에 의해 상부 기체가 방출되는 현상이 존재하여, FD 성능에 영향을 줄 수 있다. 본 논문에서는 전산유체역학 코드인 CFX 코드를 활용하여 안전주입탱크의 유량전환현상시 기체의 방출현상에 대해 이상유체 자유수면모델 적용하여 계산하였다. 이를 통해 안전주입수의 수위 및 상부 충전기체의 거동을 평가하여 FD 성능특성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, 유량전환구간에서 자유수면의 높이가 순간적으로 낮아지게 되어, 상부의 기체가 일부 방출되는 것으로 평가되었으나, FD 성능특성에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 평가되었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제13권4호
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• pp.126-134
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• 2008

We developed a three dimensional Navier-Stokes code based on the level set method to simulate two phase flows with high density ratio. The Navier-Stokes equations with consideration of the surface tension effects are solved by using SIMPLE algorithm on a non-staggered grid. The present code is validated by simulating two test problems. First one is to simulate a rising bubble inside a cube. The thickness of the interface of the bubble is shown to affect the pressure distribution around the interface. As the thickness decreases, the pressure field around the interface becomes more oscillatory. As the bubble rises, a ring vortex is shown to form around the interface and the bubble eventually develops into an ellipsoidal shape. Merge of two bubbles inside a container is secondly tested to show the robustness of the present code for two phase flow simulation. Numerical results show stable and reliable behavior during the process of merging of two bubbles. The velocity and pressure fields around the interface of bubbles are shown oscillation free during the merging of two bubbles.

• 한국해양공학회지
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• 제25권2호
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• pp.15-20
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• 2011

This study aimed at validating the adopted numerical methods to solve two-phase flow around a two-dimensional (2D) rectangular floating structure in regular waves. A structure with a draft equal to one half of its height was hinged at the center of gravity and free to roll with waves that had the same period as the natural roll period of a rectangular barge. In order to simulate the 2D incompressible viscous two-phase flow in a wave tank with the rectangular barge, the present study used the volume of fluid (VOF) method based on the finite volume method with a standard turbulence model. In addition, the sliding mesh technique was used to handle the motion of the rectangular barge induced by the fluid-structure interaction. Consequently, the present results for the flow field and roll motion of the structure had good agreement with those of the relevant previous experiment.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제2권4호
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• pp.9-15
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• 1999

A screw-type centrifugal pump was manufactured to carry primarily solids and its impeller had a wide flow passage. However, there was an effect on the flow passage shape on delay of the choke due to entrained air not being clarified yet. Moreover, because its impeller has a particular shape, only few studies have tried to clarify the pump performance and details of internal flow pattern of that pump. For this reason, we carried out the pump performance experiment under air-water two-phase flow condition with different impeller tip clearances, pump rotational speeds and void fractions by using a small screw-type centrifugal pump designed to acquire basic data. In a general centrifugal pump, it was reported that there was a loss of pump head from single-phase flow to the choke due to air entrainment near the best efficiency point being large. However, the loss near the best efficient point in a screw-type centrifugal pump became less than that in a general centrifugal pump.

• 한국해양공학회지
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• 제25권4호
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• pp.36-41
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• 2011

In the present paper, a direct forcing/fictitious domain (DF/FD) level set method is proposed to simulate the FSI (fluid-solid interaction) in two-phase flow. The main idea is to combine the direct-forcing/fictitious domain (DF/FD) method with the level set method in the Cartesian coordinates. The DF/FD method is a non-Lagrange-multiplier version of a distributed Lagrange multiplier/fictitious domain (DLM/FD) method. This method does not sacrifice the accuracy and robustness by employing a discrete ${\delta}$ (Dirac delta) function to transfer quantities between the Eulerian nodes and Lagrangian points explicitly as the immersed boundary method. The advantages of this approach are the simple concept, easy implementation, and utilization of the original governing equation without modification. Simulations of various water-entry problems have been conducted to validate the capability and accuracy of the present method in solving the FSI in two-phase flow. Consequently, the present results are found to be in good agreement with those of previous studies.

• 한국전산유체공학회지
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• 제11권1호
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• pp.29-35
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• 2006

A code is developed to analyze a spherically symmetric underwater explosion. The arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE) Godunov scheme for two-phase flow is used to calculate numerical fluxes through moving control surfaces. For detonation gas of TNT and liquid water, the Jones-Wilkins-Lee(JWL) equation of states and the isentropic Tait relation are used respectively. It is suggested to use the Godunov variable to estimate the velocity of a material interface. The code is validated through comparisons with other results on the gas-water shock tube problem. It is shown that the code can handle generation of discontinuity and recovering of continuity in the normal velocity near the material interface during shock waves interact with the material interface. The developed code is applied to analyze a spherically symmetric underwater explosion. Repeated transmissions of shock waves are clearly captured. The calculated period and maximum radius of detonation gas bubble show good agreements with experimental and other numerical results.