• Wind and Structures
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• 제34권6호
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• pp.499-510
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• 2022

Computational Wind Engineering has rapidly grown in the last decades and it is currently reaching a relatively mature state. The prediction of wind loading by means of numerical simulations has been proved effective in many research studies and applications to design practice are rapidly spreading. Despite such success, caution in the use of simulations for wind loading assessment is still advisable and, indeed, required. The computational burden and the know-how needed to run high-fidelity simulations is often unavailable and the possibility to use simplified models extremely attractive. In this paper, the applicability of some well-known 2D unsteady RANS models, particularly the k-ω SST, in the aerodynamic characterization of extruded bodies with bluff sections is investigated. The main focus of this paper is on the drag coefficient prediction. The topic is not new, but, in the authors' opinion, worth a careful revisitation. In fact, despite their great technical relevance, a systematic study focussing on sections which manifest a fully detached flow configuration has been overlooked. It is here shown that the considered 2D RANS exhibit a pathological behaviour, failing to reproduce the transition between reattached and fully detached flow regime.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권4호
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• pp.1310-1319
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• 2024

The reactor cavity cooling system (RCCS) is a passive reactor safety system commonly present in the designs of High-Temperature Gas-cooled Reactors (HTGR) that removes heat from the reactor pressure vessel by means of natural convection and radiation. It is one of the factors responsible for ensuring that the reactor does not melt down under any plausible accident scenario. For the simulation of accident scenarios, which are transient phenomena unfolding over a span of up to several days, intermediate fidelity methods and system codes must be employed to limit the models' execution time. These models can quantify radiation heat transfer well, but heat transfer caused by natural convection must be quantified with the use of correlations for the heat transfer coefficient. It is difficult to obtain reliable correlations for HTGR RCCS heat transfer coefficients experimentally due to such a system's size. They could, however, be obtained from high-fidelity steady-state simulations of RCCSs. The Rayleigh number in RCCSs is too high for using a Direct Numerical Simulation (DNS) technique; thus, a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach must be employed. There are many RANS models, each performing best under different geometry and fluid flow conditions. To find the most suitable one for simulating an RCCS, the RANS models need to be validated. This work benchmarks various RANS models against three experiments performed on the HTTR RCCS Mockup by the Japanese Atomic Energy Agency (JAEA) in 1993. This facility is a 1/6 scale model of a vessel cooling system (VCS) for the High Temperature Engineering Test Reactor (HTTR), which is operated by JAEA. Multiple RANS models were evaluated on a simplified 2d-axisymmetric geometry. They were found to reproduce the experimental temperature profiles with errors of up to 22% for the lowest temperature benchmark and 15% for the higher temperature benchmarks. The results highlight that the pragmatic turbulence models need to be validated for high Rayleigh natural convection-driven flows and improved accordingly, more publicly available experimental data of RCCS resembling experiments is needed and indicate that a 2d-axisymmetric geometry approximation is likely insufficient to capture all the relevant phenomena in RCCS simulations.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.1287-1292
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• 2007

Recently, the frequency of unexpecting heavy rains has been increased due to abnormal climate and extreme rainfall. There was a limit to analyze 1D or 2D stream flow that was applied simple momentum equation and fixed energy conservation. Therefore, hydrodynamics flow analysis in rivers has been needed 3D numerical analysis for correct stream flow interpretation. In this study, CFD model on FLOW-3D was applied to stream flow analysis, which solves three dimenson RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation) control equation to find out physical behavior and the effect of hydraulic structures. Numerical simulation accomplished those results was compared by using turbulence models such as ${\kappa}-{\varepsilon}$, RNG ${\kappa}-{\varepsilon}$ and LES. Those numerical analysis results have been illustrated by the turbulence energy effects, velocity of flow distributions, water level pressure distributions and eddy flows around the piers at Jangwall bridge in urbarn stream.

• 한국수자원학회논문집
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• 제55권2호
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• pp.147-157
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• 2022

후향단차 수공구조물의 모서리에서는 흐름분리가 발생하며 이로 인해 형성되는 전단층과 재순환 흐름 영역에서의 흐름은 복잡한 난류가 지배적이다. 물리적으로 안정하면서 성능이 보장되는 구조물 설계를 위해서는 이러한 난류 흐름의 거동을 정확하게 예측하고 분석하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 공학적으로 널리 이용되고 있는 대표적인 난류 모형인 k-ω SST 모형과 RNG k-ε 모형을 이용한 3차원 RANS 계산을 통해서 개수로에 설치된 후향단차를 통과하는 난류 흐름을 레이놀즈 수 23,400과 후르드 수 0.22의 조건에서 수치모의하고, 해석 결과를 기존 실험자료와 비교 분석하여 수치해석의 성능을 평가하고자 한다. 두 가지 난류 모형을 이용하여 구한 평균유속 분포를 보면 모두 경계층에서 관측된 실험값을 양호하게 잘 재현하는 것으로 나타났다. 재순환 영역 상부에서 계산된 평균유속을 보면 RNG k-ε 모형이 k-ω SST 모형보다 중앙부에서의 유속을 약 5% 정도 크게 계산하는 것으로 나타났다. 난류 통계량 관점에서 보면 두 난류 모형 모두 단차 모서리 직하류에서 흐름 분리로 인해 발생하는 레이놀즈 전단응력을 현저히 과소산정하는 한편, 재부착점 하류에서는 실험값을 상대적으로 양호하게 재현하는 것으로 나타났다. RNG k-ε 모형은 수로 바닥 부근 경계층에서의 전단응력 분포를 k-ω SST 모형보다는 우수한 정확도로 실험값을 계산하는 반면에 접근수로 경계층에서 그리고 단차 하류부에서는 경계층 상부에서 전단응력을 과대 산정하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.60-60
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• 2021

Investigating Backward-Facing Step(BFS) flow is important in that it is a representative case for separation flows in various engineering flow systems. There have been a wide range of experimental, theoretical, and numerical studies to investigate the flow characteristics over BFS, such as flow separation, reattachment length and recirculation zone. However, most of such previous studies were concentrated only on the perpendicular step angle. In this study, several numerical investigations on the flow pattern over BFS with various step angles (10° ~ 90°) and expansion ratios (1.48, 2 and 3.27) under different Reynolds numbers (5000 ~ 64000) were carried out, mainly focused on the reattachment length. The numerical simulations were performed using an open source 3D CFD software, OpenFOAM, in which the velocity profiles and turbulence intensities are calculated by RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and 3D LES (Large Eddy Simulation) turbulence models. Overall, it shows a good agreement between simulations and the experimental data by Ruck and Makiola (1993). In comparison with the results obtained from RANS and 3D LES, it was shown that 3D LES model can capture much better and more details on the velocity profiles, turbulence intensities, and reattachment length behind the step for relatively low Reynolds number(Re < 11000) cases. However, the simulation results by both of RANS and 3D LES showed very good agreement with the experimental data for the high Reynolds number cases(Re > 11000). For Re > 11000, the reattachment length is no longer dependent on the Reynolds number, and it tends to be nearly constant for the step angles larger than 30°.) Based on the calibrated and validated numerical simulations, several additional numerical simulations were also conducted with higher Reynolds number and another expansion ratio which were not considered in the experiments by Ruck and Makiola (1993).

• 한국전산유체공학회지
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• 제14권4호
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• pp.23-30
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• 2009

The existing code which solves two-dimensional RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) equations and 2-equation turbulence model equations was modified to enable numerical simulation of various supersonic flows. For this, various boundary conditions have been implemented to the code. Bleed boundary condition was incorporated into the code for calculating wall mean flow quantities. Furthermore, boundary conditions for the turbulence quantities along rough surfaces as well as porous walls were applied to the code. The code was verified and validated by comparing the computational results against the experimental data for the supersonic flows over bleed region on a flat plate. Furthermore, numerical simulations for supersonic shock boundary layer interaction with a bleed region were performed and their results were compared with the existing computational results.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권3호
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• pp.28-40
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• 2002

지면효과를 받는 2차원 날개 주위의 난류유동을 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes) 방정식과 유한차분법(Finite Difference Method)을 이용하여 해석하였다. 높은 레이놀즈수에 효과적인 Baldwin-Lomax 난류모델을 사용하였다. 본 연구의 목적은 지면효과를 받는 2차원 날개단면에서의 각기 다른 두 바닥 경계조건(이동지면, 고정지면)에 따른 유동의 특성을 파악하는 것이다. Clark-Y(t/C 11.7%)날개단면의 계산 결과와 발표된 계산결과 및 실험 값과의 비교를 통해 본 수치해석 프로그램의 정확성을 검증하였다. NACA4412 날개단면에 대해 지면과의 높이변화에 대해서 두 바닥 경계조건에 대해서 유동해석을 수행하였다 계산결과에 의하면 이동지면과 고정지면에 대해서 양력과 모멘트는 별 차이가 없으나 항력은 고정지면의 경우가 이동지면의 경우보다 다소 작았다. 따라서 풍동시험에서 고정지면의 결과는 이동지면에 비해 상대적으로 저항이 낮게 평가될 가능성이 있다고 본다.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권1호
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• pp.60-66
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• 2000

고속 프로펠러를 대상으로 캐비테이션 발생 특성에 가장 큰 영향을 미치는 2차원 날개단면의 앞날 형상에 관한 연구를 수행하였다. 앞날 주위의 유동장을 해석하기 위하여 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)방정식을 유한체적법(FVM)으로 차분하는 수치해석기법을 사용하였다. 또한 패널법을 이용하여 캐비테이션 발생두께를 예측하였다. 예측된 결과들은 실험결과와 비교해서 타당함을 알 수 있었으며, 이 결과를 이용하여 새로운 단면을 설계하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제3권1호
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• pp.54-62
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• 1998

본 논문은 2차원 해면효과의 수치계산 결과를 정리하였다. 지면으로부터의 높이변화에 따른 점성유동장을 계산하기 위하여 지배방정식으로는 비압축성 RANS 방정식을, 시간에 대하여서는 음해법으로 프로그램을 구성하였다. 압력항은 가상압축성과 4차 수치확산항을 추가하는 것에 의해 계산하였으며, 높은 레이놀즈 수에서의 효과적인 계산을 위해 Baldwin- Lomax 난류모델을 도입하였다. 해면효과가 없는 무한유중에서의 NACA-0012 단면 계산결과를 실험 데이터와 비교하는 것에 의해 프로그램의 타당성을 확인하였다. NACA-6409와 두께 비 4.6%의 날개에 대하여 해면효과를 고려한 계산을 수행하였다. 계산결과, 높이의 변화에 따라 계산된 무차원계수, 압력 및 속도분포는 해면효과의 특성을 잘 보여주고 있다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1998년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.90-98
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• 1998

본 논문은 2차원 해면효과의 수치계산 결과를 정리하였다. 지면으로부터의 높이변화에 따른 점성유동장을 계산하기 위하여 지배방정식으로는 비압축성 RANS방정식을, 시간에 대하여 서는 음해법으로 프로그램을 구성하였다. 압력항은 가상압축성을 도입 4차 수치확산항을 추가하는 것에 의해 계산하였으며, 높은 레이놀즈수에서의 효과적인 계산을 위해 Baldwin-Lomax 난류 모델을 도입하였다. 해면효과가 없는 무한유중에서의 NACA-0012단면 계산결과를 실험데이터와 비교하는 것에 의해 프로그램의 타당성을 확인하였다. NACA-6409와 두께비 $4.6\%$의 날개에 대하여 해면효과를 고려한 계산을 수행하였다. 높이의 변화에 따라 계산된 무차원계수, 압력 및 속도분포는 해면효과의 특성을 잘 보여주고 있다.