• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.1005-1012
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• 2011

본 연구에서는 혁신적인 연소시스템의 최적 연소조건을 도출하기 위해 반응기 내부 유동 특성, 온도분포, 속도분포 및 체류시간 등에 대해 전산유체역학(CFD)을 이용한 3차원 모사를 수행하였다. 연료 투입량 1.5 ton/hr, 체류시간 1.25초, 공기비 2.1의 조건에서 연소시킬 때 로의 출구의 면적가중(area-weighted) 평균온도는 $1,077^{\circ}C$로 나타나 에너지 회수 및 유해가스 처리에 적합한 온도임을 알 수 있었다. 배가스는 연소실 중앙부위에서 강한 선회류를 따라 최고속도 약 40~50 m/s로 덕트를 통해 배출되므로 연소실의 중심부에 강한 난류가 형성되어 연소 속도 및 연소 효율이 향상되는 것으로 나타났다. 본 시스템의 경우, 불완전 연소를 방지하고 또한 thermal NOx의 생성도 억제하기 위한 적정 조업조건은 공기비 1.9~2.1, 연료 투입량 1.25~1.5 ton/hr 정도인 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.527-539
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• 2018

다수의 승객들이 이용하는 지하철은 안전과 공간의 쾌적한 환경관리가 필수적이며, 2003년 이후 기준 강화로 승강장 내에 스크린도어(PSD)를 반드시 설치해야 한다. 선행연구에 따르면 지하철 화재 시에 화재연기의 배연을 위해 배연설비의 설비용량 최적설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 선행연구의 실험 결과를 바탕으로 3차원 수치해석기법을 이용하여 PSD가 설치된 승강장 내에서 화재발생 시 배연시스템 별로 CO가스와 Smoke의 유동을 분석하였다. 본 연구의 결과 비상시 상부 배연설비만 가동한 경우에는 CO 가스와 Smoke 농도는 653.8 ppm과 $768.4mg/m^3$로 피난 시 승객들의 위험이 큰 것으로 분석되었으며, 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD만을 개방한 경우 CO 가스와 Smoke 농도 36.0 ppm 및 $26.2mg/m^3$를 보이며 화재연기의 전파범위가 줄어드는 것으로 분석되었다. 모든 배연설비를 가동하고 화재측 PSD를 미개방한 경우에는 화재연기 유입이 발생하지 않아서 대피환경에 있어 가장 효과적인 배연모드로 분석되었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권2호
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• pp.114-120
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• 2011

조류발전용 다리우스 터빈의 변형된 형태인 헬리컬 터빈의 설계 인자 변화에 따른 성능을 수치해석으로 살펴보았다. 헬리컬 터빈은 수직축 다리우스 터빈을 회전축을 중심으로 상부와 하부를 비틀리게 함으로써 다리우스 터빈의 일반적인 취약점인 초기구동불량과 진동문제를 개선하기 위해 고안된 형태이다. 본 논문에서는 헬리컬 터빈의 비틀림각(Twisting Angle)과 직경대비 높이를 변화시키며 수치해석을 수행하였고, 결과를 바탕으로 최적의 구조를 제안하였다. 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-${\omega}$ SST 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 헬리컬 터빈은 적절한 비틀림각에서 양호한 발전효율을 보장하면서 진동을 유발하는 회전력 변화의 진폭을 최소화 할 수 있음을 확인하였고, 효율의 최대가 확보되는 터빈의 최소 높이를 발견하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제22권2호
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• pp.91-99
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• 2014

The common-rail injectors are the most critical component of the CRDI diesel engines that dominantly affect engine performances through high pressure injection with exact control. Thus, from now on the advanced combustion technologies for common-rail diesel injection engine require high performance fuel injectors. Accordingly, the previous studies on the numerical and experimental analysis of the diesel injector have focused on a optimum geometry to induce proper injection rate. In this study, computational predictions of performance of the diesel injector have been performed to evaluate internal flow characteristics for various needle lift and the spray pattern at the nozzle exit. To our knowledge, three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of the internal flow passage of an entire injector duct including injection and return routes has never been studied. In this study, major design parameters concerning internal routes in the injector are optimized by using a CFD analysis and Response Surface Method (RSM). The computational prediction of the internal flow characteristics of the common-rail diesel injector was carried out by using STAR-CCM+7.06 code. In this work, computations were carried out under the assumption that the internal flow passage is a steady-state condition at the maximum needle lift. The design parameters are optimized by using the L16 orthogonal array and polynomial regression, local-approximation characteristics of RSM. Meanwhile, the optimum values are confirmed to be valid in 95% confidence and 5% significance level through analysis of variance (ANOVA). In addition, optimal design and prototype design were confirmed by calculating the injection quantities, resulting in the improvement of the injection performance by more than 54%.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제12권2호
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• pp.985-992
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• 2011

복합 후처리장치의 최적 모델 개발을 위해 반응기 내부 유동 특성 및 유량 분배 수준 등과 관련지어 3차원 전산유체역학(CFD)을 수행하였다. 백필터의 각 격실별로 유량 분배가 크게 차이가 발생해 반건식 반응기(SDR)에 편류현상이 발생할 것으로 예측되어 백필터에 균등한 유량 분배를 위한 구조 개선이 시급한 것으로 나타났다. 이를 위해, 장치에 3가지 수정.보완(플래넘 구조 개선, 풍도 오리피스 설치, 복수의 흡인 덕트 설치)이 이루어졌다. 이 중에서 플래넘 구조 개선, 풍도 오리피스 설치가 가장 합리적일 것으로 판단된다. 본 해석을 이용하여 수정 보완한 배가스복합 후처리장치는, 반건식 반응기와 백필터 처리부가 일체화되어 있어 장치가 콤팩트하고 설치면적이 적으며 운영 및 관리가 매우 편리할 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권2호
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• pp.107-120
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• 2021

전기동력 분산추진 비행체는 다수의 프로펠러로 인하여 복잡한 프로펠러 후류 유동 및 기체와의 상호간섭이 발생한다. 이에 따라 초기설계 단계에서는 다양한 형상과 비행 조건에 대하여 프로펠러 구동 효과를 반영한 신속 공력 및 하중 해석이 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 효과를 고려할 수 있는 패널 기반의 효율적인 공력해석 기법을 개발, 검증하였다. Actuator Disk Theory(ADT)에 기반하여 프로펠러 후류 영역의 유도 속도장을 계산하고, 이를 3차원 정상 용출-중첩 패널기법의 비행체 표면 경계조건에 반영하였다. 한국항공우주연구원의 Quad Tilt Propeller(QTP) 비행체 단독 프로펠러와 선행 실험 연구의 프로펠러-날개 형상을 벤치마크 문제로 선정하여 해석을 수행하였다. Actuator 기법 기반의 전산유체역학(CFD) 결과와의 비교를 통해 프로펠러의 후류 속도장과 프로펠러 구동에 따른 날개의 공력하중 분포 변화를 검증하였다. 자율비행 개인용 항공기(Optional Piloted PAV, OPPAV)와 QTP 공력해석에 기법을 적용하고, CFD와의 해석 소요 시간 및 결과 비교, 분석을 통해 기법의 실용성과 타당성을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제10권1호
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• pp.29-43
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• 2007

한국 남해의 연안역(진해만에서 부산연안)에 있어서 효율적인 수질관리를 위해서, 3차원 생태-유체역학 모델을 적용하여 하계 수질을 예측하고, 목표 수질회복을 위한 오염부하 삭감량을 산정하였다. 현재의 오염부하량 조건하에서 연안해역의 수질(화학적 산소요구량과 영양염류 농도 등)은 설정된 해양환경수질기준을 초과하였고, 또한 부영양화 상태에 있기 때문에 유입하는 오염부하량의 저감이 필요하였다. 이러한 배경하에서, 모델이 적용되어 보정과 검증과정을 통해 연구해역의 유동장과 수질 분포를 유사하게 모의하였다. 시나리오 분석결과, 진해만 해역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;3\;mg\;1^{-1}$ 이하를 동시에 만족하기 위해서는 육상 점오염원으로부터 90% 정도의 오염물질 저감뿐만 아니라, 장기간 오염물질의 유입으로 인한 베이스 농도 자체가 높아서 이를 저감하기 위한 퇴적물로부터 용출되는 질소와 인도 약 70% 정도 삭감해야 하는 것으로 나타났다. 낙동강 하구해역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;2\;mg\;1^{-1}$ 이하를 만족하기 위해서는 낙동강 자체의 유입부하량을 약 80% 정도 저감해야 하며, 낙동강 하구해역을 제외한 부산 연안역은 $Chl-{\alpha}\;10{\mu}g\;1^{-1}$와 $COD\;1\;mg\;1^{-1}$ 이하를 만족하기 위해서는 유입부하의 70% 정도의 삭감이 이루어져야 하는 것으로 예측되었다. 연구해역의 수질이 공간적으로 차이가 있으나 대체적으로 상당히 오염된 상황이라 이러한 삭감량은 매우 커서 현실적으로 단기간에 달성하기는 어려울 것이다. 그러므로 장기적인 관점에서 지속적인 노력 즉, 해역으로 유입하는 미처리된 오염물질 차단, 수처리시설의 확충과 제거 능력 향상 및 오염된 퇴적물 정화 등이 필요하다.