• 한국소음진동공학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.405-414
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• 2007

최근 난류유동에 대한 많은 실험 및 이론적 연구들은 무질서해 보이는 난류유동도 특정한 구조를 가지고 있으며 그 구조적 특성들이 반복적이며 가시적인 질서들을 가지고 있음을 보여주고 있다. 헤어핀 와류는 벽면 영역에서 난류경계층을 발전시키고 지탱하는 중요한 역할을 하는 난류의 핵심 구조로서 벽면 압력변동의 주요 특성을 설명해 줄 수 있는 개념 모델로 여겨지고 있다. 이 연구에서는 난류경계층에서 생성되는 헤어핀 와류들이 유기하는 표면 압력과 압력 스펙트럼을 평가하고 부착와류 모델링을 통해 이들이 유기하는 전체 표면 압력과 그에 상응하는 스펙트럼을 계산하였다. 이 연구를 통해 확립된 해석방법을 검증하기 위해 기존의 실험 및 이론계산을 통해 얻어진 결과들과 비교하여 신뢰성과 유용성을 증명하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.795-801
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• 2019

층류 경계층 내 반구에 의해 유기되는 말굽와류를 흡입 제어했을 때 후류영역에서의 마찰저항 변화를 측정하였다. 이를 위해 회류수조에서 유동가시화를 실시하여 최적의 자유유속, 반구 크기 및 흡입제어 구멍 크기를 결정하였고, 반구 후류영역에 설치된 평판과 연결된 동력계로 표면 마찰저항 감소를 측정하는 실험을 수행하였다. 평판에 설치된 반구 전방에는 유입 유동에 의해 반구를 감싸는 말굽와류가 생성되며 그 주위 와도 방향에 의해 후류영역으로는 빠른 유속의 유동이 유입되어 머리핀 와류 생성을 촉진시킨다. 따라서 반구 전방에 생성되는 말굽와류 세기를 흡입 제어에 의해 약화시킴으로써 반구 좌우측으로 길게 형성된 유속방향 와류가 후류영역으로 공급하는 에너지는 감소하게 된다. 즉, 반구 전방의 말굽와류를 제어함으로써 후류영역으로부터 생성되는 헤어핀 와류 발생 주파수가 줄어 들게 된다. 염료 주입을 이용한 유동 가시화 영상을 해석한 결과로 머리핀 와류의 발생 빈도가 흡입제어에 의해 36.4 % 감소되었고, 후류영역에서 측정된 표면 마찰저항은 2.3 % 감소되는 것으로 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권6호
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• pp.672-681
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• 2004

Direct numerical simulation was carried out to study the vortical structures of the flow around a wall-mounted cube in a channel at Re=1,000 and Re=3,500 based on cubic height and bulk mean velocity. The cubic obstacle is situated in the entrance region of the channel flow where the boundary layers are developing. Upstream of the obstacle, steady and unsteady laminar horseshoe vortex systems are observed at Re=1,000 and Re=3,500, respectively; the near-wake flow is turbulent in both cases. The flow separates at each leading sharp edge of the cube, and subsequent vortex roll-up is noticed in the corresponding free-shear layer. The vortex shedding from the upper leading edge (upper vortices) and that from the two lateral leading edges (lateral vortices) are both quasi-periodic and their frequencies are computed. The upper and lateral vortices further develop into hairpin and Λ vortices, respectively. A series of instantaneous contours of the second invariant of velocity gradient tensor helps us identify spatial and temporal behaviors of the vortices in detail. The results indicate that the length and time scales of the vortical structures at Re=3,500 are much shorter than those at Re:1,000. Correlations between the upper and lateral vortices are also reported.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권12호
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• pp.1861-1868
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• 2001

Vortical structures in the near-wake region of a cubic obstacle are studied using numerical simulation. We consider flow between two parallel plates with a cube mounted on one of the plates. In the turbulent near-wake region of the flow, coherent structures such as hairpin vortices are found. Quasi-periodic behavior of the hairpin vortices is noticed; its dimensionless frequency at Re=1,000 is about 0.82 which is consistent with the result of Elavarasan of et al.'s experiment [Fluid Dyn. Research, 2000, 27] although their geometry is somewhat different from on. In the case of Re=3,500, the dimensionless frequency of the hairpin vortex is about 1.60. It is observed that the translating speed of the head of the hairpin vortex is lower than the streamwise mean velocity at that location. In the vicinity of the lower plate downstream of the cube, various length scales are identified thus less coherent. However, it is noticed that the vortical structures become gradually elongated downstream of the new reattachment.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2022년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2022

바닥에서 생성되는 난류는 순간적으로 강한 모멘텀을 바닥에 전달함과 동시에 바닥에 있는 입자를 움직이게 한다. 경계층 내 난류 운동에 대한 분석은 다양한 유사 이송 문제를 이해하기 위해 필수적이며 이에 따라 많은 선행 연구들은 실험실 실험을 통해 해당 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 선행 연구에서 사용하지 못했던 진보된 실험 방법을 활용하여 바닥 경계층 내의 난류 운동에 대해 확인하고 해당 운동에 의해 관성 입자의 움직임이 어떻게 발생하는지에 대하여 물리적으로 설명하고자 한다. 다양한 흐름 조건에서 3가지의 입경 크기를 가지는 모래 입자를 가지고 실험을 수행하였으며, 실험 조건별 고해상도 유속장 및 관성 입자의 움직임은 3차원 입자 영상 유속계 (Particle Image Velocimetry; 이하 PIV)와 입자 추적 유속계 (Particle Tracking Velocimetry; 이하 PTV)를 동시에 적용하여 파악하였다. 취득된 3차원 유속장과 입자 궤적을 기반으로 실험 조건별 흐름 및 입자 거동 특성에 대해 분석하였으며, 관성 입자의 움직임을 발생시키는 3차원 난류 운동은 측정된 유속장에서 산정한 Q-criterion 값을 기반으로 도식화하였다. 측정값 내에는 난류 운동에 대한 정보와 더불어 잡음이 포함되어 있으므로 이를 제거하고자 적합 직교 분해 (Proper Orthogonal Decomposition; 이하 POD) 방법을 적용하였다. 그리고 POD로 추출한 유속장을 통해 바닥면 부근에 존재하는 헤어핀 와류 운동 혹은 와류 묶음과 같은 난류 고유 구조를 파악하였다. 해당 와류 운동들의 3차원 난류 특성을 확인하고자 비등방성 불변 지도(anisotropy invariant map)를 활용하였으며 경계층 내부에서 난류의 형태가 흐름 방향으로 늘어진 럭비공 형태임을 확인하였다. 마지막으로, 입자의 움직임을 발생시키는 난류 이벤트를 결정하고자 사방구 분석 (Quadrant analysis) 기법을 적용하였으며 흐름 조건별로 입자를 움직이게 하는 난류 이벤트는 달라짐을 확인하였다.