• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2013년도 춘계학술대회
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• pp.127-129
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• 2013

문풀은 해저케이블선, 해저탐사선, 생산용 부선, 드릴쉽과 같은 여러 종류의 선박에 설비되어 해상에서 각 작업에 필요한 장비의 진수 및 작업공간으로 활용되고 있다. 이러한 문풀내 자유수면의 유동은 정수중 부유체의 이동으로 인한 것과 작업중인 부유체에 작용하는 입사파에 의해 기인하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 입사파에 의한 문풀내 유동 특성을 분석하기 위하여 다양한 해상상태, 즉 서로 다른 파고와 파장에서의 자유수면의 변화와 문풀에 작용하는 유체력 계산을 CFD에 의하여 수행하였다. 수치 계산 결과 문풀내 수면 상승 및 유체력은 파고 및 파장에 의해 크게 영향을 받고 이것은 보오텍스와 같은 비선형 현상에 의한 것임을 확인할 수 있었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.80-86
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• 1994

자유수면을 항주하는 선박에 의하여 발생되는 비선형 조파현상을 해석하기 위한 수치해석법을 개발하였다. 유동은 비점성, 비압축성으로 가정하고 선체 및 자유수면 형상과 일치하는 좌표계의 생성을 위하여 타원형 편미분방정식을 수치해석하여 물체적합 좌표계를 생성하였으며 변환된 정규격자 물체적합 좌표계에 대한 Euler방정식을 유한차분법(Finite Difference Method)을 이용하여 계산하였다. 수치해석을 위하여 시간에 대한 미분항은 전진차분, 공간에 대한 미분항은 중심차분법으로 이산화하였고 대류항에는 수치계산의 안정을 위해 인위적인 소산(dissipation)항을 첨가하였다. 자유수면의 형상은 매 시간 단계마다 자유수면 경계조건들을 만족하도록 다시 계산되었고 격자점들은 자유수면형상의 변화에 적합하게 다시 생성되도록 하였으며 압력에 대한 Poisson방정식은 반복연산법에 의하여 풀고 그 결과를 이용하여 속도를 외삽하였다. 개발된 수치해석법의 검증을 위해 수식선형인 Wigley 모형에 대한 계산을 Fn=0.250-0.408에 대하여 수행하고, 그 결과를 실험 결과와 비교하여 잘 일치함을 보였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제31권3호
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• pp.49-53
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• 2017

본 연구에서는 이동형 소방용수 저장탱크 내의 소방용수의 낙하를 단순화하고 이 낙하에 따른 자유수면의 출렁임을 수치 해석하여 수직 벽면에 미치는 동수력을 계산하였다. 소방용수의 낙하에 따른 자유 수면의 출렁임을 수치해석하기 위해 Jang에 의해 개발된 분산관계 보존 방법을 이용하였다. 또한, 다양한 자유 수면의 출렁임을 수치 해석하고자 소방용수의 낙하 높이, 낙하 위치 및 물기둥 폭 조건에 대해 계수 영향 해석을 수행하였다. 따라서 본 연구를 통해 분산관계 보존 방법을 통한 소방용수 저장탱크 내의 자유 수면의 출렁임을 효과적으로 수치 해석할 수 있었고 소방용수 저장탱크의 동수력 영향을 예측하는 데에 적용 가능성을 엿볼 수 있었다.

• 한국지진공학회논문집
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• 제9권2호통권42호
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• pp.71-80
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• 2005

유체자유수면의 동적거동을 합리적으로 예측하기 위해서는 비선형 특성을 보이는 자유수면의 동역학적 경계조건을 고려해야할 뿐만 아니라 시간에 따라 변화하는 자유수면의 위치변화에 따른 운동학적 경계조건을 고려하여야 한다. 이러한 문제는 대상구조물이 3차원이 될 경우 더욱 복잡해지므로 3차원 비선형 유체자유수면의 해석은 이론해의 도출이 어려우며 수치해석 방법을 이용하는 것이 효과적이다. 본 연구에서는 수치해석 안정성이 높고 3차원 문제에서도 하나의 변수로 유체거동을 모사할 수 있는 arbitrary Lagrangian-Eulerian approach 를 경계요소에 적용하여 효율적이며 안정적인 유체 대변형 해석기법을 개발하였다. 개발된 기법은 향후 자유수면의 비선형 효과를 고려한 유체-구조물 상호작용 해석에 효과적으로 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.118-131
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• 1991

자유수면 근처에서의 박리유동 현상을 수치 시뮬레이션 방법과 유선 가시화 시험 방법으로 연구하였다. 수치 시뮬레이션은 물체표면에서 유기되고 확산(diffusion) 및 대류(convection)에 의해 유동중으로 박리되어 방출되는 보오티시티(vorticity)를 다수의 보오텍스로 치환하여 유동의 변화와 유체력을 구하는 보오텍스블럽 법을 사용하여 수행하였다. 이 방법으로 대규모의 와류의 생성 및 변화를 추정할 수 있으며 또한 자유수면과 와류유동의 상호간섭현상 그리고 동 유체력 등을 추정할 수 있었다. 유선 가시화 시험은 해사기술연구소의 공동수조에서 수행하였으며, 직류 전원에 의해 얻어진 수소기포를 가시화 입자로 이용하였다. 조명장치는 할로겐 램프를 이용하였고, 연속사진을 가시화의 결과로 사용하였다. 또한 자유수면의 시간적 공간적 변화를 파고계를 이용하여 계측하고 이로부터 와류유동의 변화 주기를 추정하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6B호
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• pp.691-696
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• 2008

본 연구에서는 자유수면 흐름에 적용할 수 있는 연직방향에 대해 좌표변환된 3차원 동수압 모형을 제시하였다. 제시한 모형은 자유수면과 동수압의 해석을 위하여, 2중 예측-수정(double predictor-corrector)방법을 적용하였다. 본 연구에서는 정확한 동역학적 경계조건(자유수면에서의 압력은 0인 조건)을 적용하는 방법을 검토하였고, 이 경계조건은 기존에 개발된 모형에 미소한 수정을 통하여 적용 가능함을 보여주었다. 본 연구에서 제시한 모형과 기존 모형의 계산결과를 비교하였을 때 동역학적 경계조건의 정확한 적용이 매우 중요함을 알 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.59-66
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• 2017

유체 저장 구조물의 경우 지진 시 유체의 출렁임에 의하여 구조물에 동수압이 작용한다. 이 때, 유체의 동수압은 지진의 강도뿐만 아니라 유체 자유수면의 출렁임 높이(sloshing height)에 의해서도 변화한다. 이러한 하중의 변화에 영향을 미치는 인자로는 지진파의 형상, 최대지진강도, 유체 저장 구조물의 크기, 구조물의 폭, 유체의 높이 등이 있는데, 본 논문에서는 지진파의 형상과 유체 자유수면의 출렁임 형상의 상관관계를 규명하고자 하였다. 이를 위하여 구조물의 폭이 500 mm인 수조에 실지진파를 적용시켜 유체 자유수면의 출렁임 높이를 측정하고, 수치해석을 통하여 실험과 해석의 유사성을 검증하였다. 또한, 실험과 해석의 비교를 통하여 검증된 구조해석 기법을 적용하여 인공지진파의 형상을 다양하게 변화시키면서 유체 자유수면의 출렁임 형상의 변화를 측정하고, 인공지진파의 형상이 유체 자유수면의 출렁임 형상에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국항해항만학회지
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• 제34권5호
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• pp.331-336
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• 2010

원형실린더가 균일한 유입유동에서 자유수면 으로부터 깊이를 달리했을 경우 박리점, 경계층 및 칼만 와열의 주기 등의 변화로 인하여 시스템 전체 에너지에 변화를 초래한다. 본 연구에서는 원형실린더의 침수 깊이를 변화시키며 $Re=1.0{\times}10^3$에서 유동장을 계측하였다. 2차원 그레이 레벨 상호상관 PIV기법을 이용하여 원형실린더 주위의 유동특성을 알아보기 위하여 상호 비교하는 방법을 적용하였다. 자유수면의 점성과 마찰에 의해 발생하는 원형실린더 주변유동은 경계층을 변화시키고 후류유동에 교란을 일으킨다. 특히, 몰수체의 깊이가 d=1.0D의 경우에 있어서 경계층의 변화가 후류로 길게 형성되었다. 원형실린더의 깊이가 d=1.5D에서부터 자유수면의 영향이 감소하고 칼만 와열이 발달하였다.

• 한국습지학회지
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• 제24권3호
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• pp.196-203
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• 2022

본 논문은 자유수면에서 마이크로 중력식 와류 수차의 성능에 블레이드 상대위치 변화의 영향을 이해하는 것이다. 일정한 와류 유동에서 자유수면 아래 상대 와류 수심비(y/h_v)의 범위 0 ~ 0.778 지점에 설치된 블레이드의 위치 변화에 따른 마이크로 와류 수차의 회전수, 전압 및 전류를 측정하였다. 유량은 0.0063 ~ 0.00662 m³/s 범위이다. 실험 결과는 유입되는 유속과 난류강도의 분포가 변하기 때문에 블레이드의 상대위치가 마이크로 와류 수차의 성능에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 와류 수차에서 발생하는 에너지의 최대량은 상대 와류 수심비 0.111 ~ 0.222 지점에서 발생했다. 상대 와류 수심비 0.111 지점의 출력은 자유수면 아래 상대 와류 수심비 0.588 지점보다 약 2.4배 더 크게 나타난다.