• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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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.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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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.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.83.1-83.1
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• 2005

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• 한국동물학회지
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• 제35권4호
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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.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권7호
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• pp.892-899
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• 2016

본 연구에서는 세굴된 해저 파이프 주위 중력류의 유동 해석을 수행하였다. 결과 비교를 위해 세굴이 아닌 평평한 해저면 위에 틈새 거리를 두고 설치된 해저 파이프 문제를 함께 고려하였다. 여기서 세굴의 깊이와 틈새 거리는 동일하며, 평평한 해저면 위에 설치된 파이프 문제는 일반적으로 실제 세굴효과를 이상적으로 구현하기 위해 주로 고려된다. 중력류와 해저 파이프 상호작용에 대한 유동특성의 이해를 위해 농도 및 와도장, 압력장 그리고 양항력 계수 등, 다양한 물리량들을 비교 및 분석 하였다. 결과적으로 세굴과 평평한 해저면 위에 설치된 해저 파이프 주위 유동특성이 달라짐을 관찰하였다, 특히 세굴의 위 파이프의 경우 구조물 상부에서 발달된 음의 와만 하류로 나아가게 되지만 평탄면 위 파이프는 이열 와구조 형태를 가지는 것을 확인하였다. 따라서 중력류에 놓인 해저 파이프의 안전 설계를 위해서는 무엇보다 실제 세굴조건을 고려하는 것이 중요 할 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제14권4호
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• pp.339-345
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• 2008

기름과 가스 수송 라인 및 선박 내에 설비된 유체 기계들에 관련된 파이프 내에 층상류 흐름이 존재할 수 있다. 이 때문에 수평 혹은 작은 경사 파이프 내에 발생할 수 있는 층상류 흐름을 예측하기 위한 많은 이론과 상관식이 제시되었다. 기존 연구들은 각 상의 물성, 점성, 밀도 및 파이프의 기하학적 형상 등이 층상류 흐름에 주는 효과에 관한 것이 대부분이고, 중력의 크기 및 파이프의 큰 경사 기울기에 관한 연구성과는 매우 드문 실정이다. 따라서 본 연구에는 중력크기 및 파이프 경사도 변화가 층상류 발생 조건에 미치는 영향에 대해 이론적 연구가 수행되었다. 또한 본 해석을 통하여 0.17g 및 0.33g 조건에서는 비록 수직상향 흐름일지라도 매우 낮은 액체상의 유량조건에서는 층상류 흐름이 존재할 수 있음을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제30권5호
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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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.7-17
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• 2022

본 연구에서는 중력식 사방댐 후면에 설치된 원통형 강성기둥 구조물의 배치변화가 토석류의 흐름거동 및 충격하중 변화에 미치는 영향을 확인하기 위해, 대책구조물들을 소형수로에 모사한 다음 원통형 구조물의 종방향 배열 수와유로 차단비율을 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 실험과정에서 대책구조물의 주변 흐름거동을 촬영하고, 중력식 사방댐의 작용하는 토석류의 충격하중을 측정하기 위해, 수로 측면과 상부에는 고속카메라를 설치하였고, 사방댐의 전면에는 로드셀을 설치하였다. 게다가, 글라스 비즈를 이용하여 토석류에 의해 동반되는 큰 직경의 거석들을 수로에 모사하였다. 실험결과, 중력식 사방댐 후면에 원통형 강성기둥 구조물의 설치는 토석류의 충격하중을 크게 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 대책구조물의 유로 차단비율을 증가시키면 거석을 동반한 토석류의 흐름억제를 증가시켜 충격하중을 더욱 감소시키는 것으로 나타났다.