• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2009.05a
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• pp.570-574
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• 2009

벽 근처에서의 흐름(near wall flow)을 해석하기 위한 낮은 레이놀즈수 수정(low-Reynolds number modification)을 포함하는 통계학적 난류모형을 이용한 3차원 비정상 레이놀즈-평균 나비어-스톡스 (URANS) 계산을 실시하여 사각형 수로에서의 중력류를 모의하였다. 3차원 계산 결과를 2차원 URANS 모의에 의한 계산 결과 그리고 실험결과와 비교하였다. 이 연구 결과는 적정 시 공간적 수치해상도를 가지고 벽 근처에서의 흐름을 주의 깊게 직접 해석하는 3차원 URANS 수치모의는 2차원 계산으로는 해석할 수 없는 대규모 Kelvin-Helmholtz 와구조 (vortical structure)의 붕괴(breakdown) 그리고 중력류 선단부에서 발달하는 Lobe-and-Cleft 흐름 불안정 등을 포함하는 중력류의 동적 특성을 높은 정확도로 재현할 수 있음을 보여준다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.98-98
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• 2019

중력류 또는 밀도류는 주변 유체에 비해 상대적으로 밀도가 큰 유체가 밀도차에 의한 추진력으로 흐르는 것이다. 중력류의 수치모델링에는 두 가지 어려움이 있다. 즉, 적합한 지배방정식을 구성하여 적용하는 것 그리고 난류의 영향을 합리적으로 반영하는 것이다. 기존 중력류 해석을 위한 지배방정식들은 유체의 연속방정식과 운동량 방정식 그리고 밀도 또는 농도의 이송방정식을 조합하여 구성된다. 이들 지배방정식을 이용한 연구들은 대부분 두 유체 사이의 밀도차가 충분히 작아서 밀도 변동(variations)의 영향은 오로지 부력항에서만 유지된다는 Boussinesq 근사에 근거를 둔다. 그리고 이송방정식에서 밀도 또는 농도의 확산계수을 점성계수의 함수로 표현하기 위해서 Schmidt 수를 이용한다. 수치모델링에서 Schimdt 수는 상수값을 적용하지만, 이 값은 밀도의 연직방향 경사에 근거한 부력빈도(buoyancy frequency)와 난류량의 따라 큰 차이를 보이는 것으로 알려져있다. 한편, 표준 통계학적 난류모델과 벽함수를 적용한 수치모델링은 초기 중력에 의해서 무너지는(slumping) 단계를 넘어 관성력으로 추진되는 단계와 점성 효과가 지배적인 단계에서는 정확도에 현저히 낮아지기 때문에 대부분 큰와모의(large-eddy simulation, LES) 또는 DNS(direct numerical simulation)수준의 고해상도(high-resolution) 해석기법을 적용하여 공학적인 문제에 적용하는 데는 한계가 있다. 이 연구에서는 Boussinesq 근사와 Schmidt 수를 사용하지 않으며, LES 보다 적용이 용이한 DES (detached-eddy simulation)기법을 조합한 다상흐름 수치모델을 적용하여 중력류를 해석을 시도하였다. 수치해석결과를 실험값과 함께 기존 수치모델링 기법으로 구한 수치해와 비교분석하여 이 연구에서 개발 및 적용된 수치모델링 기법의 적용성을 평가한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2012.05a
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• pp.173-173
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• 2012

중력류는 두 유체 사이에서 물질의 종류 또는 온도차로 인한 밀도 차이에 의해 발생되는 유체의 흐름을 말하며, 자연환경에서는 저수지에서의 중층탁류, 사막에서의 모래 폭풍, 하구에서의 염수쐐기 등이 그 예이다. 여름철에 강우가 집중되는 우리나라는 홍수에 의한 범람, 침수 등이 발생할 뿐만 아니라 댐이나 하천, 호수 등에 흙탕물이 유입되어 중간층에 정체하는 중층탁류에 의한 피해가 자주 발생하고 있다. 과거에 중층탁류는 일시적인 현상에 불과하였으나 오늘날에는 인공적으로 형성된 정체성 호수나 하천에서 장기간 체류하여 생태계의 교란과 수질 악화를 초래하고 있다. 중층탁류에 의한 피해를 저감시키기 위해서는 본래 자연 상태의 하천이나 호수와 같이 온도분포가 비선형적으로 성층화 된 상태에서 탁수가 유입되어 중층탁류가 형성되는 과정과 흐름 특성을 이해하는 것이 선행되어야 한다. 본 연구에서는 중력류 흐름 해석을 위한 실험 장치를 개발하였다. 실험 장치 중 수조의 제원은 1200 $700{\times}300mm$이며, 수조 상부에는 가열장치를 설치하였고, 수조 하부에는 냉각장치를 설치하였다. 이들 장치들을 가동하여 깊이에 따른 자연현상에서의 비선형적인 온도 단면을 재현한다. 수리 실험방법은 깊이 방향으로 온도에 따라 비선형적으로 성층화 된 유체 내로 경사가 있는 판을 따라 수조내의 성층화된 유체의 중간 온도 혹은 밀도를 가진 유체를 침입시킨다. 침입유체는 성층화된 유체 내에서 초기에는 중력에 의해 운동량을 갖고 경사면을 따라 일정한 속도로 흘러내려 간다. 이후 바닥으로 하강 한 후 부력에 의해 상승하여 동일한 밀도층의 위치에서 횡방향으로 전파하게 된다. 이 연구에서는 이와 같이 비선형적으로 성층화된 유체 내에서의 침입 중력류의 흐름 특성을 실험적으로 관측하고 분석한다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.83.1-83.1
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• 2005

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.52 no.10
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• pp.697-706
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• 2019

A multiphase flow modeling approach equipped with a hybrid turbulence modeling method is applied to compute the gravity currents in a rectangular channel. The present multiphase solver considers the dense fluid, the less-dense ambient fluid and the air above free surface as three phases with separate flow equations for each phase. The turbulent effect is simulated by the IDDES (improved delayed detach eddy simulation), a hybrid RANS/LES, approach which resolves the turbulent flow away from the wall in the LES mode and models the near wall flow in RANS mode on moderately fine computational meshes. The numerical results show that the present model can successfully reproduce the gravity currents in terms of the propagation speed of the current heads and the emergence of large-scale Kelvin-Helmholtz type interfacial billows and their three dimensional break down into smaller turbulent structures, even on the relatively coarse mesh for wall-modeled RANS computation with low-Reynolds number turbulence model. The present solutions reveal that the modeling approach can capture the large-scale three dimensional behaviors of gravity current head accompanied by the lobe-and-cleft instability at affordable computational resources, which is comparable to the LES results obtained on much fine meshes. It demonstrates that the multiphase modeling method using the hybrid turbulence model can be a promising engineering solver for predicting the physical behaviors of gravity currents in natural environmental configurations.

• The Korean Journal of Zoology
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• v.35 no.4
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• pp.518-525
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• 1992

본 연구에서는 horizontal clinostat과 원심분리 방법의 이용으로 각각 저중력 상태($\mu$G)와 고중력 상태(3G)를 유도하여, 중력장의 변화가 양서류 수정란의 초기 형태 형성에 미치는 영향을 북방산개구리(Rano dybows비름를 대상으로 조사하였다. 중력장의 변화는 첫번째 수평 분열인 제3분열면의 위치에 영향을 미쳤다. 즉 저중력 상태에서는 분열면이 적도면 근처에서, 또 고중력 상태에서는 분열면이 동물극 근처에서 형성되었다. 이와 같은 변화는 포배기로 이어져 할강의 위치와 동물극 정단 세포층 수에 영향을 미쳤다. 즉 저중력에 노출된 포배는 정상배(1G)에 비해 할강이 중앙에 위치했으며 동물극 정단의 세포층 수가 증가하는 반면 고중력에 노출된 포배는 할강이 보다 동물극 폭에 위치했으며 동물극 정단의 세포층 수도 감소하였다. 그러나 낭배기에 도달하면 동물극 정단 세포층 수의 차이는 정상 상태로 조절되었다. 한편 중력장의 변화는 낭배기에 이르는 발생 속도와 원구상순부의 위치를 변경시켰다. 낭배기 이후의 발생 단계에서 중력에 의한 변화로는 tail fin circulation(stage 22)시기의 머리크기의 변화를 들 수 있다. 이상의 결과로 무미 양서류의 초기 형태 형성은 중력장에 의해 변형될 수 있으며 이러한 변화는 발생이 진행됨에 따라 조절되는 것으로 보인다.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.22 no.7
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• pp.892-899
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• 2016

Gravity current flow past a subsea pipe above a scour based on computational fluid dynamics. For comparison, gravity current flow over pipe above a smooth bed also calculated, this configuration conventionally employed to consider the scour effect from an ideal approach. Interestingly, there different flow features and hydrodynamic forces between the scour and smooth bed cases. These results indicate that realistic conditionvery important investigatthe scour effect on gravity current flow around subsea pipe.

• Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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• v.14 no.4
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• pp.339-345
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• 2008

The stratified flow can be seen in the oil and gas pipelines as well as pipelines related to ship's fluid machineries. Numerous theories and correlations have also been proposed in the past for the prediction of stratified flow in horizontal or slightly inclined pipe. The previous researches are mostly about the effects of physical properties, viscosity, phases densities and pipe geometries on the stratified flow. Very few study outcomes exist on the effect of gravity magnitude and large slop angle of pipe inclinations on the occurring condition of stratified flow. In this study, therefore, analytical procedures were conducted about the effect of both the change in the gravity magnitude and pipe inclinations on the stratified flow occurring conditions. From the analytical results, it was found that stratified flow occurred at the vertical upward inclination and at very low liquid phase flowrates in 0.17g and 0.33g conditions.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.30 no.5 s.248
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• pp.422-429
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• 2006

Resolved simulations are presented fur gravity current flows aiming at studying their spreading rate. The simulations are performed for two extreme configurations such as planar and cylindrical and for 3 different Grashof numbers: $10^5,\;1{\times}10^6\;and\;10^7$. Varying the size of the heavy fluid release, the study is performed for several phases of spreading, namely acceleration, slumping and inertial phases. For the simulations, efficient spectral multi-domain code is used. From the simulations results it is concluded that 2-D results predicts well the mean front velocity during the slumping phase, but fails to predict it during the inertial phase of spreading. It is also observed that the vortex dynamics of the flow is not reproduced well by the 2-D simulation.

• Journal of the Korean Geotechnical Society
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• v.38 no.11
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• pp.7-17
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• 2022

This study investigates the effect of cylindrical baffle arrays behind a rigid barrier on debris flow behavior and dynamic impact load. Small-scale tests were performed with various transverse blockage ratios and row numbers of baffles. High-speed cameras were installed at the flume's top and side, and load cells were installed in front of the rigid barrier. Moreover, glass beads simulated large boulders with debris flow in the flume. Test results revealed that the impact load of debris flow on the rigid barrier was significantly reduced using the cylindrical baffles behind the rigid barrier. In addition, the increased transverse blockage ratio of baffle arrays led to a greater impact load of debris flow because of flow suppression due to the baffle arrays.