• 한국수자원학회논문집
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• 제38권10호
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• pp.841-849
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• 2005

유사 입자가 포함된 흐름이나 공기 방울이 포함된 흐름과 같은 이상류 (two-phase flow) 는 유체의 속도와 입자의 속도와 같은 두 가지 서로 다른 속도 분포가 존재한다. 이러한 이상류의 속도장 분석을 위해서는 두 가지 속도 분포를 별도로 측정할 수 있는 기법을 이용해야 한다. 공기 방울이 포함된 흐름에 대해서는 입자영상 유속계(PIV)나 입자추적유속계(PTV)를 이용하여 비교적 타당한 정도로 유속 분포를 측정하여 왔다. 그러나 자연 모래를 포함한 흐름 영상의 속도 분포 해석에서는 PIV나 PTV가 그다지 성공적이지 못했는데, 그것은 흐름 중에 있는 유사 입자가 영상을 해석하기 어렵게 만들기 때문이다. 유사 흐름의 속도 분석을 위해 다양한 영상 분석 기법을 결합한 방법을 제시하였다. 입자 추출 알고리듬으로 역치값, 경계 추출 알고리듬, 세선화 알고리듬을 조합한 새로운 방법을 제안하였다. 또한 입자의 이동 변위 계산을 위해서 PIV와 PTV를 조합한 새로운 방법을 개발하였다. 이 새로운 알고리듬은 다음과 같은 기능을 가지고 있다. (1) 새알고리듬은 유사 입자, 특히 자연 모래와 같이 불규칙한 형태를 갖는 입자의 경계를 정확히 찾아낼 수 있다. (2) 필요한 정보를 잃어버리지 않고, 반사광이나 난반사에 의한 영상을 효율적으로 제거할 수 있다. (3) 추적 입자가 유사입자 가까이에 있어 유사의 난반사 영역이 들어 있어도 이를 분리해 낼 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제3권4호
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• pp.251-256
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• 2002

폴리머용액의 특성확산시간은 낙구의 종말속도를 측정함으로써 결정할 수 있다. 확산시간은 폴리머 용액의 농도가 증가할수록 증가한다. 입자영상유속장치 (PIV)를 이용하여 구주위의 유동현상을 가시화 하였다. 2000 ppm의 경우 30 초 간격으로 떨어뜨렸을때의 속도가 0초( 처음)나 40초후, 50초후에 떨어뜨렸을때와 비교하여 가장 크게 나타났다. 뉴톤 유체에서는 낙구의 전방과 후방에서 구주위의 유동장이 동일하게 나타났다.

• 설비공학논문집
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• 제9권3호
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• pp.268-275
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• 1997

Using the film-based particle image velocimetry, natural convective flows have been measured quantitatively in a rectangular enclosure with a heater located on the bottom surface. The success rate of the present interrogation method has been obtained as a function of the number of particle pairs and the distance between the particle pairs. The influence of the diffraction halo at the center have been effectively eliminated by rotating-subtracting the original Fourier-transformed image. By utilizing the coded multiple pulsed illumination with two different time intervals, the minimum measurable velocity have been improved. The results of the velocity distributions and the heat transfer correlations have been obtained for different locations of heater in the enclosure.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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• pp.614-614
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• 2012

개수로에서 혹은 수리구조물 주변에서의 흐름 및 난류 특성을 파악하기 위해서는 연직유속분포 및 수심별 평면유속분포의 측정이 필요하다. 유속분포를 측정하기 위한 방법은 음파 도플러 유속계(ADV:Acoustic Doppler Velocimetry)를 사용하는 방법과 PIV 기법을 이용하는 방법이 있다. 일반적으로 ADV는 한 지점의 유속을 시간변화에 따라 연속적으로 측정할 수 있어 난류특성의 정량적인 해석에 장점이 있으나 동시간에 여러 지점을 측정할 수 없기 때문에 난류의 공간적인 문제를 해석함에 있어서 한계가 있다. 그러나, 입자영상유속계(PIV:Particle Image Velocity)는 측정하고자 하는 단면에서 연직 횡단면의 유속분포 및 수심별 평면 유속분포 흐름장 측정이 가능하여 난류흐름의 공간적인 문제를 해석하는데 효과적일 뿐만 아니라 영상간의 시간간격을 짧게 하고, 촬영시간을 충분히 길게 한다면 개수로 내 난류특성 분석도 가능하다. 이에 본 연구의 목적은 PIV 기법을 이용하여 매끄러운 하상의 개수로에서 연직유속분포를 측정하고 그 특성을 정량적으로 분석하고자 한다. 본 연구에서는 첫째, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포와 3차원 전자식 유속계를 이용하여 측정한 연직유속분포를 비교 분석하였다. 둘째, 후류법칙에 의해 계산된 연직유속분포와 PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속분포의 비교를 위해 각각의 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)를 계산하고 비교하였다. 마지막으로 각 흐름 조건에 따라 수심의 변화를 주어 연직유속분포를 PIV 기법으로 측정한 후 개수로의 수심변화에 따른 연직유속의 특성을 분석하였다. 분석 결과, PIV 기법을 이용하여 측정한 연직유속 성분에 비해 3차원 전자식 유속계로 측정한 연직유속 성분이 작게 나타났고 바닥에서부터 0.2h 지점까지는 무차원 유속분포(지점 유속/지점 마찰속도)가 후류법칙과 잘 맞는 경향을 보였으나 0.2h 지점부터 수표면까지는 유속이 감소하는 현상이 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6B호
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• pp.491-497
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• 2011

본 연구에서는 준설시 발생하는 문제중 준설커터에 의해 발생하는 부유물의 이동특성을 해석하기 위해 입자영상유속계(PIV)를 활용하여 준설커터주변의 유동장 변화특성을 분석하였다. 커터헤드 주변의 유속장의 특성은 흡입시와 비흡입시로 나누어서 분석하였는데 유속장의 크기를 분석한 결과 커터헤드 바깥쪽으로 크기가 감소하였으며, 흡입시에 비하여 비흡입시 유속장의 크기가 감소하는 비율이 큰 것으로 나타났다. 본 실험결과를 바탕으로 난류강도의 특성을 살펴본 결과, 전체적으로 흡입시가 비흡입시에 비하여 난류강도의 크기가 크게 감소되는 것을 볼 수 있는데 이는 흡입 에너지에 의하여 회전축 내부 방향의 흐름에 영향을 크게 미치는 것으로 판단된다.

• 한국음향학회지
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• 제23권5호
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• pp.340-352
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• 2004

28.5 ㎑의 초음파의 미세 수직진동에 의해서 유도된 음향유동 (acoustic streaming)을 레이저를 이용한 입자 영상. 유속계에 의하여 고정 유리 평판과 초음파 진동자의 사이에서의 공기 유동을 가시화 하였다. 음향유동에 의한 공기의 유동 속도의 증가를 측정하기 위해 고정 유리 평판과 초음파 진동자의 사이에서의 속도변화를 실시간으로 측정하였다. 진동자와 고정 평판의 사이의 gap에 따른 음향유동의 세기의 변화를 정량적인 공기의 유동 속도의 변화에 의해 관찰되었고 고정판과 초음파 진동자 사이의 gap에서 공진 상태를 야기시키는 공진 Gap (H=18, 24, 30, 36㎜)중에서 공진 Gap (H)이 18m일 때 최대의 음향속도가 존재함을 알 수 있었고 진동자 표면부근에서부터 고정평판사이까지의 국소 최대 난류강도의 축 방향 위치에 따른 변화는 gap의 크기에 따라 8%∼70% 이었다. 전단응력값은 반경방향 위치의 중심영역에서 최대전단응력을 가지며 와도 분포도 반경방향 위치에서 진동자 중심영역에 최대 및 최소와도 값을 가짐을 알 수 있었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.49-49
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• 2020

하천 보 상류영역에서 발생하는 박리 흐름을 분석하기 위해 실험수로에 하천보 모형을 설치하고, 보 주변에서 발생하는 흐름 구조를 입자 영상 유속계(PIV)로 이용하여 정밀하게 측정하였다. 본 연구에 사용된 보는 하천 설계기준을 따른, 전방 수직벽과 하류 경사램프가 있는 유한한 마루 길이 보이다. 실험 조건은 보 상·하류부 수심으로 인한 4가지 흐름(Hydraulic jump, Plunging jet, Surface wave, Surface jet)을 기반으로 설정하여 수리조건에 따른 유속 특성을 규명하였다. 실험에서 측정한 수직-수평방향 평균 유속·유선도를 분석한 결과, 보 전방의 하부에서 재순환 흐름이 관측되었고, 역방향 흐름도 이 지역에서 발견되었다. 유속 편차의 제곱 평균(Root Mean Square) 흐름장에서 보 전방과 재순환 흐름 영역에 불안전한 흐름이 강하게 발견되었다. 역방향 흐름은 박리 흐름에서 발견되는 주요 특성으로, 역방향 흐름의 전체 면적을 매 관측마다 측정하여 이를 분석한 결과, 재순환 흐름의 면적은 오른쪽으로 기울어진 분포를 가지고, 항상 0보다 큰 값을 가지는 것으로 나타났다. 재순환 면적에 따른 흐름 특성은 역방향 흐름 면적에 대한 조건부 평균을 이용하여 파악했는데, 조건부 평균의 구간은 재순환 흐름의 중심에서 지배적인 주기값을 이용했다. 역방향 흐름이 작은 영역에선, 보 상류의 흐름이 재순환 흐름으로 말려들어가는 열린 박리흐름이 나타나며, 역방향 흐름이 큰 경우에는 재순환 영역의 흐름은 보 상류의 흐름과 분리되는 닫힌 박리흐름이 발생하였다. 역방향 흐름이 가장 큰 경우, 보 전방의 박리흐름은 보의 상단을 넘는 것으로 관찰되었다. 이러한 결과를 통해 보 마루에서 발생하는 박리흐름이 보 전방에 박리흐름에 영향을 미치는 것으로 파악되었다. 조건부 평균된 역방향 흐름의 면적과 박리 지점(separation point)의 관계를 분석한 결과, 역방향 흐름의 오른쪽으로 기울어진 분포와 대규모 흐름 방출 현상이 관측되었다. 박리 지점의 위치와 수리 매개변수의 관계를 분석한 결과, 상류의 수심 증가에 따라 증가하는 경향이 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.256-256
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• 2022

레이놀즈 분해법은 유속을 비롯한 변수를 평균 성분과 변동 성분으로 분해하는 분석 방법으로, 난류 분석의 기본이 되는 방법이다. 그러나 유체 내에 장애물이 존재할 경우, 흐름에 큰 와류가 존재하여 난류 변동 성분과 구분되는 고유 구조가 형성되는데, 이러한 경우에 레이놀즈 분해법을 적용하면 고유 구조의 변동 성분이 난류로 처리되어 난류 강도가 과다하게 책정될 수 있다는 한계점이 있다. 이에 대한 대안으로 제안된 것이, 변수를 평균 성분, 파동 성분, 변동 성분으로 분해하는 삼중 분해법이다. 삼중 분해법은 흐름 내의 고유 구조를 추출하는 것을 가능하게 하여 다양한 연구에서 사용되어왔다. 삼중 분해법을 구현하기 위해 이용되는 방법론 중 하나로, 공분산 행렬을 이용하여 유속장을 분해하는 방법인 적합 직교 분해법이 많이 사용된다. 본 연구에서는 원기둥 후류에 적합 직교 분해법을 사용하여 삼중 분해법을 시행하고, 후류의 흐름 구조를 분석하는 것을 목표로 하였다. 영상 유속계를 사용하여 실험을 통해 원기둥 후류의 수평 유속장을 측정하였고, 측정 자료에 적합 직교 분해법을 적용한 결과, 첫 두 모드에서 큰 규모의 와류가 파동 형태로 전파되는 것이 관찰되어 고유 구조의 존재를 확인할 수 있었다. 해당 성분을 삼중 분해법의 파동 성분으로 상정하였고, 푸리에 분석을 적용한 결과에서도 원기둥 후류의 고유 진동수가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인하였다. 또한, 원기둥 후류의 에너지 전달 구조를 확인하기 위하여 에너지 방정식에 삼중 분해법을 적용하여 식을 유도하고, 실험 자료로부터 각 항을 계산하여 비교해보았다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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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.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.7-12
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• 2002

As the first step to investigate the fundamental mechanism of a dispersed two-phase flow, we studied the detailed interactions between bubble or particle motion and flow around it. Experiments were carried out with a rising bubble or particle in stagnant water in a vertical pipe. Particles with different densities, and/or different shapes were used for comparison with a bubble. We adopted 3D-PTV (Three-Dimensional Particle Tracking Velocimetry) for measuring the bubble or particle motions, and PIV (Particle Image Velocimetry) for measuring the water flow simultaneously (Hybrid PIV). The experimental results showed that the oblate spheroidal solid particle rose along the longer axis direction at the point that the inclination of the longer axis reached the maximum, and the inclination direction changed after moving. The bubble moved to the direction that the spheroid's projected width grew up to the largest, and the minor axis of the oblate spheroidal body of the bubble was parallel to the moving direction. The trajectory of the center of the particle/bubble which was measured with 3D-PTV, was marked on the section (x-y) of the pipe. It exhibited the pattern of the particle/bubble motion.