• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2011.05a
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• pp.64-68
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• 2011

본 연구에서는 일반 좌표계를 사용함으로써 자유수면이 매시간 변화하는 계산격자를 구성해야하는 문제점을 해결하였고, 또한 유한차분법의 단점인 지형변화의 적용성을 보완할 수 있었다. 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 계산단계를 3단계(정수압 계산단계, 동수압 보정단계, 자유수면 보정단계)로 나누어 해석하였고, 개발된 수치모형을 이용하여 실험값이 존재하는 수중방파제를 지나는 비선형파의 전파문제에 대해 수치모의를 실시하였다. 전반적으로 수치모의에 의한 결과는 실험값과 일치하는 경향을 나타내었다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.4 no.1
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• pp.62-70
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• 1990

Cauchy의 적분공식을 복소속도(complex velocity)에 적용하여 포텐시얼 유동을 해석하는 복소경계요소법이 개발되었다. 이 결과로 얻어지는 적분방정식은 경계면에서의 접선속도(tangential velocity)와 법선속도(normal velocity)의 함수로 주어진다. 자유수면에서의 접선속도의 시간변화(evolution of tangential velocity)를 수식화하기 위하여 새로운 비선형 동역학적 자유수면경계조건(nonlinear dynamic free surface boundary condition)을 유도하였다. 복소포텐시얼 대신 복소속도를 이용하는 이 방법은 유장내의 특이점(field singularity)을 용이하게 고려할 수 있으며, 수치미분없이 직접 경계면에서의 유속을 해로서 구하게 된다. 그러나 자유수면이 존재하는 문제의 경우에는, 자유수면에서의 동역학적 경계조건을 만족 시키기 위한 계산과정에 접선 벡타의 변화량을 추정하는 것이 포함되게 되어, 계산과정이 다소 복잡하게 된다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.52.2-52.2
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• 2010

본 연구에서는 자유수면의 계산을 위해 동수압을 해석하는 수치모형을 제시하였다. 동수압과 자유수면을 고려하기 위해, 비점성 Navier-Stokes 방정식을 3단계로 나누어 해석하였다. 제1단계에서는 동수압과 자유수면을 전번 시간단계에서 계산된 값으로 대입하여 차분하였으며 이 차분식은 NGMRES(Newton-Generalized Minimal Residual) 방법을 이용해 음해적으로 해석되었다. 이때 계산된 유속장은 연속방정식을 고려하지 않았으므로 각 계산격자에서 질량보존법칙을 만족하지 않을 수도 있다. 제2단계에서 유속과 동수압 보정항으로 이루어진 식을 연속방정식에 대입하여 얻어지는 타원형 방정식인 동수압-포와송 방정식을 해석하므로 여기서 얻어지는 유속은 질량보존법칙을 만족하게 된다. 마지막 3 단계에서는 자유수면과 최종 유속을 계산하였다. 새로 개발된 수치모형을 검증하기위해 정사각형 탱크에서 수면의 자유 진동 문제에 적용한 결과 수치해는 해석해와 잘 일치하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2010.02a
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• pp.52.1-52.1
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• 2010

본 연구에서는 자유수면 흐름을 해석할 수 있는 연직방향에 대해 좌표변환된 3차원 동수압 모형을 제시하였다. 제시한 모형은 자유수면파 동수압의 해석을 위하여, 2중 예측-수정(double predictor-corrector)방법을 적용하였다. 본 연구에서는 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 자유수면 보정단계와 동수압 보정단계로 나누어 정확한 동역학적 경계조건을 적용하는 방법을 제시하였고, 제시한 모형을 이용한 수치모의 결과를 검증하기 위하여 타원형 천퇴에 의한 파의 변형에 대한 수치모의를 실시하였다. 전반적으로 수치모의 결과는 실험자료와 일치하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.41 no.1
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• pp.36-43
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• 2017

The results of a numerical study on the performance of a propeller operating near a free surface are presented in this paper. The simulations are verified through comparison with experimental data, which was performed in a circulating water channel. The propeller performance as a function of the submerged depth was investigated. The effect of the propeller advance ratio on the wave patterns, flow structures around propeller, and thrust and torque of the propeller was also studied. Air ventilation was not observed for low advance coefficients. However, the simulations showed that wave pattern was strongly related to the tip vortex strength and inflow velocity. When air ventilation does not occur, the deduction of propeller thrust and torque increase for high advance coefficients.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2007.05a
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• pp.1268-1271
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• 2007

트렌치 수로에서 동수압을 고려한 자유수면 흐름을 해석하고 난류 모형의 적용성을 제시하였다. 본 연구에 사용된 지배방정식으로 비정상 상태의 비압축성 유체에 대한 연속방정식과 비점성 Navier-Stokes 방정식을 사용하였다. 난류완결문제를 해결하기 위해서 $\kappa-\varepsilon$방정식을 사용하여서 난류 와점성을 구할 수 있다. 자유수면과 동수압을 고려하기 위하여 3단계로 나누어서 해석하였다. 제 1단계에서는 운동량방정식을 연직방향에 대해 음해적으로 차분하였다. 제2단계에서는 유속과 동수압 보정항으로 이루어진 식을 연속방정식에 대입하여 타원형 방정식인 동수압-포와송 방정식을 해석하여 얻어지는 유속은 질량보존법칙을 만족하게 된다. 마지막으로 자유수면과 최종유속을 보정 및 계산하였다. 본 연구에서 제시한 수치모형을 검증하기 위해서, 트렌치 수로에서 난류의 흐름에 변화를 고려하기 위해 수치모의를 하였다. 전반적으로 수치모의에 의한 결과와 실험 자료가 일치하는 경향을 보였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2010.05a
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• pp.228-232
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• 2010

두 가지 어류 이동용 여수로 설계안에 대하여 유한요소법 기반의 레블�V 기법을 이용하여 흐름을 모의하고 적용성을 검토하였다. 첫 번째 설계안은 저수지에서 여수로로 직각 형태의 유입부를 가지고 있으며, 두 번째 설계안은 부드러운 곡면 형태의 유입부를 가지고 있다. 수치해석 결과를 자유수면의 위치, 압력분포 등의 특성을 중심으로 여수로 수리모형 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 직각 형태의 유입부를 갖는 설계안의 경우, 유입부의 응력분포의 영향으로, 평탄하지 않은 자유수면형과 압력분포를 보이는 것을 관찰할 수 있었다. 반면에 곡선형태의 유입부를 갖는 여수로의 경우에는 수면형과 압력분포에서 완만한 변화를 보이는 것이 관측되었다. 여수로 정상부에서 대기압보다 작은 부압의 분포는 두 가지 설계안 모두 비슷한 분포를 보였다. 여수로의 출구부에서는 측면부에서는 와류의 영향으로 인하여 수면의 상승을 관찰할 수 있었다. 결론으로서 곡면 유입부 형태의 여수로가 완만한 천이역을 갖고 있으며, 어류이동측면에서 유리함을 확인할 수 있었다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 2011.02a
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• pp.44-44
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• 2011

저수지와 같은 갇혀진 수체는 상류에서 유입되는 오염물질 뿐만 아니라 성층현상에 의해서도 오염될 수 있다. 안정된 성층은 혐기성 조건을 제공하여 바닥에서의 과도한 조류성장을 유발하고 연직순환흐름을 방해한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 환경적인 문제를 감소시킬 수 있도록 중요한 역할을 한다. 갇혀진 수체에서의 연직순환은 이러한 오염을 줄이는데 중요한 역할을 하는데, 연직순환을 일으키는 인자로는 빛의 입사, 바람, 물의 온도 및 열의 확산 등이 있으며, 그중에서도 가장 중요한 것은 바람의 영향이다. 그러므로 성층화된 흐름에서 바람에 의해 발생하는 연직순환에 대한 수치모형을 개발하고 적용하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 수온성층흐름에서의 순환흐름을 해석하기 위하여 유속성분을 계산하고 자유수면 변위와 온도, 염도등과 같은 스칼라양의 해석을 위해 다음과 같은 3단계의 방법을 이용하였다. 첫 번째 단계(정수압 계산단계)에서는 운동량 방정식의 경사항을 음해적으로 해석하고, 두 번째 단계(자유수면 보정단계)에서는 자유수면의 변화를 계산하고 수평방향 유속성분을 계산한다. 예측-수정자 방법(predictor-corrector step method)을 이용하여 자유수면변위와 유속을 구하였다. 마지막으로 세 번째 단계(이송-확산단계)에서는 이송-확산 방정식을 이용하여 스칼라양을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 모형의 정확도를 검증하기 위하여 정사각형수조에서 진동하는 자유수면의 해석해와 비교하였고, 성층화된 흐름에서 발생하는 연직순환에 대하여 수치모의를 실시하였다. 그 결과, 본 연구에서 개발된 수치모형이 흐름 내부의 현상을 잘 묘사함을 알 수 있었다.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.32 no.1
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• pp.9-14
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• 2008

VOF method is known as one of the most effective numerical techniques handling two-fluid domains of different density simultaneously. Present study deals with the numerical analysis of flow field around bodies steadily moving near free-surface using FLUENT-VOF method. Validations were made by applying to three typical examples ; 2-D submerged hydrofoil, 3-D surface piercing body and container ship. It was found that the commercial software, FLUENT, is useful in practical use, and VOF method is capable of handling free-surface around moving bodies although discussions are limited to the analysis in qualitative sense.

• Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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• v.10 no.1
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• pp.103-109
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• 2010

In this study, a three-dimensional non-hydrostatic pressure model based on a normalized vertical coordinate system for free surface flows is presented. To strongly couple the free surface and non-hydrostatic pressure with the momentum equations, a double predictor-corrector method is employed. The study is especially focused on implementing the dynamic boundary condition (a zero pressure condition) at the free surface with ignoring of the atmospheric pressure. It is shown that the boundary condition can be specified easily with a slight modification to existing models.