• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.10 no.3
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• pp.44-49
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• 1996

후방계단(backward facting step) 주위의 난류 유동 특성을 수치 해석을 통해 파악하고자 하였다. 지배방정식은 2차 정도의 유한 차분 기법으로 이산화하였으며 비교차격자계를 사용하여 양해법으로 계산하였다. 난류 모형으로는 이층 모형(two-layer)을 사용하였고 압력 Poisson 방정식을 이용하여 압력과 속도를 연성 시켰다. Re=44,000인 경우에 대해 계산 결과로 부터 후방 계단 뒤의 속도 벡터, 유선, 압력 및 속도 분포, 재부착 길이(reattachment length)등의 실험치와 비교하였다. 본 계산에 사용한 수치 해석 기법은 박리등이 포함된 복잡한 난류 유동 현상을 잘 재현할 수 있음을 확인할 수 있었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.13 no.6
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• pp.1269-1281
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• 1989

본 연구에서는 H를 고정하고 L을 변화시켜가며 내부의 유동구조가 어떻게 변하는가를 살펴보고, 특히 재부착이 일어나는 경우에는 급확대 부분만 존재하는 기존 실험결과와 비교분석하여 하류의 급축소부분이 전체 유동구조에 어떤 영향을 미치는가를 살펴보고자 한다. 실험에서 사용된 작동유체는 공기이며, 입구관 직경은 110mm, 급확대점과 급축소점사이의 연결부 직경은 220mm, 연결부의 길이는 L=300, 600 그리고 900mm의 3가지를 선택하였으며 기준속도는 입구관의 중심속도로 9.71 m/s이다. 입구직경(110mm)을 기준으로 한 Reynolds 수는 $R_{e}$=73,000 이고 입구관반경과 연결부반경의 차이인 계단높이(H=55mm)를 기준으로 하면 $R_{e=36}$ ,500이다. 연결부 의 급확대부분에서 입구관반경을 기준으로 한 반경확대비는 2이고 급축소부분의 반경 축소비는 1/2이다. 측정항목은 유동방향의 벽면압력분포, 유동방향의 평균속도분포 및 난류강도 등이며, L=900mm인 경우는 반경방향과 원주방향의 난류강도, Reynolds 전단응력도 측정되었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.20 no.5
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• pp.1661-1670
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• 1996

Incompressible flow over a backward-facing step is computed by low Reynolds number turbulence models in order to compare with direct simulation results. In this study, selected low Reynolds number 1st and 2nd (Algebraic Stress Model : ASM) moment closure turbulence models are adopted and compared with each other. Each turbulence model predicts different flow characteristics, different re-attachment point, velocity profiles and Reynolds stress distribution etc. Results by .kappa.-.epsilon. turbulence models indicate that predicted re-attachment lengths are shorter than those by standard model. Turbulent intensity and eddy viscosity by low Reynolds number .kappa.-.epsilon. models are still greater than DNS results. The results by algebraic stress model (ASM) are more reasonable than those by .kappa.-.epsilon. models. The convective scheme is QUICK (Quadratic Upstream Interpolation for Convective Kinematics) and SIMPLE algorithm is adopted. Reynolds number based on step height and inlet free stream velocity is 5100.

• Journal of computational fluids engineering
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• v.11 no.2 s.33
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• pp.25-31
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• 2006

A two-dimensional backward facing step flow is simulated by using URANS and Detached Eddy Simulations(DES) approaches. Turbulence models adopted for URANS and DES simulations are Spalart-Allmaras(S-A) model and Shear Stress Transport(SST) model. The target flow with ER=1.125, $Re_H=37,500$ is experimentally studied by Driver & Seegmiller. Various versions of DES have been tested in this paper. Results of the simulations are compared with the experimental data available to evaluate the merits and demerits of URANS and several versions of DES. URANS simulation converges to a steady state and hence unsteady characteristics are not featured. DES simulations in general successfully mimic large scale structures and oscillation characteristics of the flow.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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• pp.105-105
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• 2019

보나 여수로와 같은 수공구조물의 주변에서 발생하는 흐름 거동은 구조물 모서리에서 발생하는 흐름분리(flow separation)와 이에 따른 전단층(shear layer)과 재순환(recirculation) 흐름 영역의 발달 그리고 분리된 흐름의 재부착(reattachment)이 특징이다. 공학적으로 난류의 해석에 있어서 이러한 흐름 거동들을 정확하게 예측하는 것은 수공구조물 설계에 있어서 중요하다. 이 연구에서는 흐름 분리와 재순환 영역의 발달 그리고 흐름 재부착을 포함하는 후방계단(backward-facing step) 흐름을 155,000의 레이놀즈수 조건에서 하이브리드 RANS/LES 모델을 적용하여 해석결과를 평가한다. 하이브리드 모델로는 벽에 인접한 격자의 해상도에 상대적으로 민감하지 않은 SST(shear-stress transport) 난류 모델을 이용하는 DES(detached-eddy simulation) 기법을 적용하였다. 계단 높이가 h인 계산영역은 흐름방향 길이가 34h, 높이는 계단 상류와 하류에서 각각 1h와 2h 그리고 폭은 $2{\pi}$이다. 계단은 상류단으로부터 10h 하류부 지점에 위치한다. 경계조건으로 상부와 하부 벽면에 대해서는 비활조건을 적용한다. 상류부 수로에서 완전 발달한 흐름을 재현하기 위해서 유입경계조건은 유입부 하류 $2{\pi}h$ 지점에서 계산된 유속과 난류량을 매핑(mapping)기법을 이용하여 반복적으로 적용한다. 총 3.1백만개와 7.3백만개의 셀로 계산영역을 구현한 두 개의 계산격자 그리고 약 3.1백만개의 셀을 이용했지만 벽면 근처에서의 격자 구성을 다른 방식으로 설정한 두 가지 격자를 이용하여 격자 해상도가 DES 수치해석 결과에 미치는 영향을 분석하였다. 수치해석결과는 본 연구에서 상류단 조건으로 적용한 매핑기법이 대상 수로에서 완전 발달한 흐름을 잘 재현함을 보여주며, 합리적인 DES 해석 결과를 얻기 위해서는 벽에 수직한 방향으로 적절한 격자의 해상도와 분포가 필요함을 보여준다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.25 no.9
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• pp.1253-1262
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• 2001

Experimental study is conducted to investigate the heat/mass transfer and flow characteristics for the flow over backward-facing step and cavities. A naphthalene sublimation method has been employed to measure the mass transfer coefficients on the duct wall and LDV system has been used to obtain mean velocity profiles and turbulence intensities. Reynolds number based on the step height and free stream velocity is 20,000 and St numbers of acoustic excitations given to separated flow are 0.2 to 0.4. The spectra of streamwise velocity fluctuation show a sharp peak forcing frequency for an acoustically excited flow. The results reveal that the vortex pairing and overall turbulence level are enhanced by the acoustic excitation and a significant decrease in the reattachment length and the increased turbulence intensity are observed with the excitation. A certain acoustic excitation increases considerably the heat/mass transfer coefficient at the reattachment point and in the recirculation region. For the cavities, heat/mass transfer is enhanced by the acoustic excitation due to the elevated turbulence intensity. For the 10H cavity, the flow pattern is significantly changed with the acoustic excitation. However, for the 5H cavity, the acoustic excitation has little effect on the flow pattern in the cavity.