• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.40 no.6
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• pp.347-355
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• 2016

This study presents a Lattice Boltzmann Method (LBM) coupled with a momentum-exchange approach/fictitious domain (MEA/FD) method for the simulation of particle suspensions. The method combines the advantages of the LB and the FD methods by using two unrelated meshes, namely, a Eulerian mesh for the flow domain and a Lagrangian mesh for the solid domain. The rigid body conditions are enforced by the momentum-exchange scheme in which the desired value of velocity is imposed directly in the particle inner domain by introducing a pseudo body force to satisfy the constraint of rigid body motion, which is the key idea of a fictitious domain (FD) method. The LB-MEA/FD method has been validated by simulating two different cases, and the results have been compared with those through other methods. The numerical evidence illustrated the capability and robustness of the present method for simulating particle suspensions.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.33 no.4
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• pp.461-469
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• 2000

An numerical analysis of sediment-laden flow is carried out, and results are compared with the experiments of Coleman(1981, 1986) that included the several cases varying sediment size and quantity in open channel flow. K-$\omega$ turbulence model is selected for the fully turbulent flow field, and the concentration equation considering the fall velocity is adopted for the concentration field. The model of Einstein and Chien(1955) is applied to couple the velocity field and the concentration field. Most of researches have been carried out without considering the bed-load thickness, but it is found that the bed-load thickness cannot be ignored in case of a large amount of sediment or a large size of it. The bed-load thickness and surface roughness are considered in this study. Here, $\beta$ value, which is defined by the reciprocal of turbulent Schmidt number and is related with the concentration profile, is found to be varied according to the sediment size and quantity. Even though most of researchers have insisted that $\beta$ had always larger than 1.0, it may be concluded that $\beta$ can have smaller value than 1.0, that is coincident with the report of recent research.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2008.05a
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• pp.1378-1383
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• 2008

댐 저수지에서 지속적인 탁도를 유발하는 물질은 쉽게 침강되지 않는 $20{\mu}m$이하의 작은 부유물질(SS)이며, 가을 수직혼합 시기까지 침강되지 않은 부유물질은 다시 재부상하는 경우도 발생한다. 저수지내 탁수의 장기 체류는 수자원 이용과 하류하천의 수생태계에 다양한 문제를 야기하고 있어 일부 댐에서는 실시간 탁도 감시 장치를 설치하고 취수설비를 개선하는 등의 탁수저감 대책의 노력을 기울이고 있으나, 시설의 최적 운영을 지원할 수 있는 탁수 거동 및 탁도 예측에 관한 연구는 아직 부족한 실정이다. 특히, 탁도는 물 속에 존재하는 부유물질의 광학적 특성(light attenuation)을 나타내는 지표로써 SS와는 물리적인 물성이 달라 실시간 계측자료(탁도)와 모델의 모의 변수(SS)가 다른 문제점 때문에 모델링에 어려움이 있었다. 지금까지 탁도 모델링은 대부분 탁도와 SS의 상관관계를 이용하는 방법을 사용하였다. 그러나 이 방법은 탁도-SS 관계가 실측지점과 입자크기분포에 따라 달라지는 특성 때문에 변환과정에 예측결과의 불확실성이 내재한다는 지적을 받아왔다. 본 연구의 목적은 저수지로 유입한 탁수의 보다 과학적이고 정확한 탁도 예측을 위해 탁도를 유발하는 부유물질의 입자크기 분포와 공간적으로 변하는 탁도-SS의 상관관계를 고려할 수 있는 표준화된 탁도 모델링 방법을 개발하고, 실측자료를 사용하여 제시된 탁도 모델링 방법의 예측 성능을 평가하는데 있다. 부유물질의 이송-확산-침강 모델은 2차원 횡방향 평균 수리 모델과 연결(coupling)되어 수행되며, 저수지 수면을 통한 열 교환, 바람과 바닥 조도에 의한 난류혼합과 성층해석, 하천 유입수의 저수지내 밀도류 유동, 그리고 입자 크기별 부유물질의 독립침강을 해석한다. 부유입자의 크기분포와 공간적으로 서로 다른 탁도-SS 관계를 고려한 탁도 예측모델은 기존의 탁도를 종속변수로 사용한 예측 방법 또는 단일 입자크기를 사용한 모델보다 개선된 모의결과를 보여주었다. 본 연구에서 제시된 탁도 예측 알고리즘은 실시간 탁수감시와 예측 모델링, 그리고 댐 방류수 탁도 관리를 위한 선택취수 설비의 운영을 위한 의사결정지원시스템에 적용 가능할 것으로 사료된다.

• Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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• v.16 no.1
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• pp.47-55
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• 2004

A SS prediction system using GUI in coastal region has been developed to predict the dispersion of the suspended sediments occurred by dredging. The prediction system uses a finite element hydrodynamic model to calculate water level and velocities and a random-walk particle tracking model to simulate SS dispersion. The system was applied to hindcast the tidal currents and SS concentrations in the Kunsan coastal waters. The simulated tidal currents showed good agreements with the observed currents. The transport model was verified for analytic solutions and field observation showing good agreements.

• Journal of Energy Engineering
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• v.14 no.1
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• pp.11-17
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• 2005

The purpose of this research is to develop the model of pressure drop per unit pipe length due to the turbulence modulations in particle-laden flows which can be applied to various fluid conditions. The wake behind a particle, particle size, loading ratio and density difference between two phases of particle-laden flow was considered. The frictional pressure drop was modeled with the force balance in control volume. The numerical results show good agreements with available experimental data and the model success-fully predicted the mechanism of the pressure drop in particle-laden flows.

• Proceedings of KOSOMES biannual meeting
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• 2007.05a
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• pp.161-168
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• 2007

In this paper, the floating body with double barriers is introduced with a study on the flow patterns and characteristics in around the floating body by using 2 frame p article tracking method. This paper introduce an analisys method to predict the characteristics of flow around the neighbording fields of Floating Body with double barriers in order to investigate a high performance model. Flow visualization has conducted in a circulating water channel by a high speed camera and etc. Flow phenomena according to velocity distribution and flow separation around the floating body with double barriers were obtained by two-dimensional PIV system.

• Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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• 2006.11a
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• pp.403-406
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• 2006

A particle method recognized as one of gridless methods has been developed to investigate the nonlinear free-surface motions interacting to the structures. The method is more feasible and effective than convectional grid methods in order to solve the flow field with complicated boundary shapes. In the present study, breaking waves with a floating body are simulated to investigate fluid-structure interactions in the coastal zone.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.7 no.1
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• pp.13-24
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• 1993

The dispersion in the oscillatory flow generated by gravitational waves above the spatially periodic repples is studied. The steady parts of equations describing the orbit of the passive particle in a two dimensional field are assumed to be simply trigonometric functions. From the view point of nonlinear dynamics, the motion of the particle is chaotic under externally time-periodic perturbations which come from the wave motion. Two cases considered here are; (i) shallow water, and (ii) deep water approximation.

• Proceedings of the Korean Society of Coastal and Ocean Engineers Conference
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• 1996.10a
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• pp.102-108
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• 1996

연안매립 및 신항만 건설, 해안선 정비사업 등과 같은 대규모 공사는 인근 해역에서의 해수유동의 변화와 해수의 혼탁도 증가 및 퇴적물의 침식과 퇴적에 의한 해저 지형의 변형을 초래하고, 이로 인해 기존 항로의 매몰과 해양생물 생태계 변화 등과 같은 문제점을 유발한다는 것은 잘 알려진 사실이다. 특히 한국의 서해연안 대부분과 남해연안 일부에 분포되어 있는 미세-점착성 퇴적물은 사질성 퇴적물과는 달리 퇴적물에서 부유된 토사 입자의 침강 속도가 아주 작아서, 파랑과 조류 등과 같은 해수유동에서 의해 쉽게 이동되어 현저한 해저 지형의 변형을 초래한다. (중략)

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2021.06a
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• pp.24-24
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• 2021

자연하천 바닥 경계층 내에서는 복잡한 난류 구조가 형성되며 이들은 하상에 강한 모멘텀을 전달한다. 바닥 부근에 분포하는 유사 입자들은 경계층 내에서 발생한 난류 흐름으로부터 모멘텀을 전달받아 소류사 혹은 부유사 형태로 이송되게 되며, 이러한 유사 이송 과정을 역학적으로 설명하기 위해서는 경계층 내 유체 흐름에 대한 이해가 선행되어야한다. 경계층 내 난류 흐름 특성이 유사 입자의 움직임에 미치는 영향에 대해 분석하기 위해서는 바닥 경계층 내 고해상도 유속 자료와 유사 움직임을 동시에 포착할 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 현재까지 수행된 대부분의 선행 연구들은 점 유속을 측정할 수 있는 음파 도플러 유속계 (Acoustic Doppler Velocimetry) 혹은 2차원 입자 영상 유속계를 활용하였으며, 이들은 복잡한 3차원 난류 흐름 특성을 분석하기에는 한계가 있다. 본 연구의 목적은 실험실 실험을 통해 바닥 경계층 내 3차원 난류 흐름이 유사 이송에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 본 연구에서는 유사 주변에서의 고해상도 3차원 흐름 유동장 및 순간적인 유사 움직임에 대해서는 합성 개구 (synthetic aperture) 기반의 3차원 입자 영상 유속계 및 입자 추적 유속계를 활용하여 취득하였다. 취득된 흐름 유동장을 기반으로 레이놀즈 전단응력을 산정하였으며 이를 통해 유체가 하상에 미치는 모멘텀의 크기를 파악하였다. 복잡한 난류 흐름 구조에 대해서는 팔분원 분석 (octant analysis)을 통해 구분했으며, 유사가 움직이는 순간의 유속장을 기반으로 유사 이송을 발생시키는 지배적인 난류 흐름 특성에 대해 규명하였다. 본 연구는 바닥 경계층 내 복잡한 3차원 난류 흐름과 유사 입자의 움직임을 동시에 분석함으로써 기존에 수행되어왔던 선행 연구들의 한계점을 극복하고 보다 명확한 유사 이송의 발생 원인에 대해 분석했다는 점에 의의가 있다.