• 대한조선학회논문집
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• 제35권3호
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• pp.1-13
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• 1998

본 논문에서는 9절점 라그란지안(Lagrangian) 곡면요소를 바탕으로 한 고차경계요소법(Higher-order Boundary Element Method)을 사용하여 자유수면 아래에서 일정한 속도로 전진하는 3차원 수중익에 대한 유체역학적 특성을 연구하였다. 수치계산법에 있어서 자유수면의 계산결과를 개선하기 위해 겹2차 스플라인(bi-quadratic spline)기법을 도입하였다. 수치기법의 검증에서 잠수된 구와 구형체에 대한 해석해와 수치계산 결과가 잘 일치함을 볼 수 있었다. 수중익 문제에 대한 적용성과 그 타당성을 검증하기 위해서 가로-세로비(aspect ratio; A.R.)가 4인 NACA641A412 단면을 가신 3차원 수중익 주위 유동을 해석하였다. 속도가 일정할 때 받음각(angle of attack)과 잠수깊이 변화에 따른 Wadlin et al.[28]의 양력과 항력 계측 실험결과와 비교하였으며, 각각의 경우에 대해 본 수치계산 결과들이 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다. 가로-세로비 4의 NACA0012단면을 가지는 수중익에 대한 계산결과에서는 수중익에 작용하는 양력과 항력에 미치는 자유수연의 영향을 고찰하였으며, 서로 다른 속도와 잠수깊이에서 수중익에 의해 발생하는 자유수면의 변위변화를 고찰하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.29-40
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• 1993

본 연구는 정수면으로 부터 얕게 잠겨 항주하는 3차원 수중익에 의한 비선형 조파현상의 특성규명을 위한 기초연구로서 수중익이 예인수조안에서 일정속도로 항주할 때 자유표면에 발생하는 비선형 파형의 특성과 수중익에 작용하는 유체력을 계산하기 위한 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로는 변분원리에 기초한 유한요소법올 사용하였으며 수중익 근처에서는 비선형 자유표면조건을 엄밀하게 만족시켰고 수중익으로 부터 충분히 떨어진 영역에서는 종래의 선형화된 자유표면 경계조건을 만족시켰다. 수치해법의 계산효율을 높이기 위하여 비선형영역과 선형영역 사이에 인위적인 비선형-선형 완충영역을 도입하여 계산영역을 크게 줄였다. 수중익을 간단한 직사각형 보오텍스계로 표현하여 유속과 몰수길이, 보오텍스의 세기 및 분포의 변화에 따른 비선형 파형의 특성을 조사하였으며 특히 자유 보오텍스선이 비선형 파형에 미치는 영향을 파악하였다. 파동에 의하며 수중익에 유기되는 속도성분들의 크기 및 분포, 양력 및 유기항력에 대한 계산을 수행하여 자유표면의 비선형성에 의한 영향을 규명하였다.

• 한국음향학회지
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• 제42권3호
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• pp.233-242
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• 2023

본 논문에서는 선박 수중방사소음 저감을 위하여 질량 분사를 통하여 선박의 저속 운항 조건에서 발생하는 날개 끝 보텍스 캐비테이션 제어에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 3차원 수중익 모형에 대해 질량 분사 위치와 분사량을 조절 할 수 있는 질량 분사 시스템을 제작하였으며, 이를 캐비테이션 터널 내에 설치하고 3차원 수중익으로부터 생성되는 캐비테이션의 강도에 따른 시험을 캐비테이션 제어 실험을 수행하였다. 질량 분사 위치 및 분사량에 따른 캐비테이션의 관찰과 소음 특성을 분석하기 위하여 고속 카메라와 음향 센서를 이용하여 계측하였고, 그 결과 질량 분사에 따라 특정 조건에서 날개 끝 보텍스가 억제되고 특정 주파수 대역의 소음이 저감 되는 것을 확인하였다. 날개 끝 보텍스 제어와 소음 저감 성능에 우수한 분사구 위치가 있음을 확인하였고, 일정 수준 이상의 분사량을 가질때 큰 저감 효과가 있음을 확인하였다. 질량 분사를 이용하여 날개 끝 보텍스의 강도가 약할 때 특정 조건에서 제어가 가능하다는 것을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제40권1호
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• pp.38-45
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• 2021

본 연구는 함정 추진기에 적용되고 있는 공기분사에 의한 수중방사소음 저감기술에 대한 연구기반을 마련하고자 캐비테이션 터널에서 단순화된 모형을 이용하여 공기분사에 의한 캐비테이션과 소음의 변화에 대하여 연구하였다. 추진기 날개와 유사한 특성을 나타내는 3차원 타원형 수중익에 공기분사 위치와 분사량을 조절할 수 있는 공기분사시스템을 제작하였으며 캐비테이션 터널 시험조건을 조절하여 수중익에 다양한 형태의 캐비테이션을 모사하고 공기분사에 따른 캐비테이션과 소음특성의 변화를 실험적으로 분석하였다. 공기분사 위치 및 분사량에 따라 캐비테이션 및 소음특성이 달라짐을 확인하였다. 이는 추진기에 공기분사 기술을 적용하기 위해서는 캐비테이션의 발생위치, 거동에 따른 공기 분사위치 및 분사량의 최적화가 필요함을 의미한다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제19권2호
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• pp.48-55
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• 2021

In order to design a propeller with high efficiency and excellent cavitation performance, theoretical and experimental studies on the cavitation and noise characteristics according to the blade section shape are essential. In general, sheet cavitation, bubble cavitation, and cloud cavitation are the main causes of hull vibration and propeller surface erosion. However vortex cavitation, which has the greatest influence on the noise level because the fastest CIS in ship propeller, has been researched for a long time and studies have been conducted recently to control it. In this experiment, the development process of cavitation was measured by using three dimensional wings with two different wing section and wing tip shapes, and the noise level at that time was evaluated. In addition, we evaluated the relationship between cavitation inception and hydrodynamic force using three component load cell and we measured the velocity field of wing wake using LDV.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.41-50
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• 1993

본 논문은 2차원 수중익 주위의 유동해석을 위하여 포텐셜을 기저로한 여러가지 패널법을 비교 한다. 각 패널에서의 특이함수의 세기는 일정하거나 선형으로 변한다고 가정하고, Neumann 및 Dirichlet의 경계조건과 함께 혼합경계조건(Robin경계조건)을 적용하여 정식화를 한후, 각 방법의 정확도를 평가 하였다. 여러가지 2차원 단면에 대한 압력분포 및 양력을 계산하고, 해석해와 비교하였다. 날카로운 뒷날과 큰 캠버값을 갖는 날개의 경우에 특히 예민하다고 알려진 날개 뒷날 부근에서의 국소오차에 대하여 집중적인 연구를 수행하였다. 비교해석 결과, 혼합 경계조건을 사용하는 정식화 방법이 가장 정확성이 높고, 수렴속도도 우수함을 밝혔다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제31권8호
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• pp.653-662
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• 2007

Due to the difficulty raised from the coupling of cavitation modeling with turbulent flow, numerical simulation for two phase flow remains one of the challenging issues in the society. This research focuses on the development of numerical code to deal with incompressible two phase flow around 2D hydrofoil by combing the cavitation model suggested by Kunz et al. with $k-{\varepsilon}$ turbulent model. The simulation results are compared to experimental data to verify the validity of the developed code. Also, the comparison of the calculation results is made with LES results to evaluate the capability of $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The calculation results show very good agreement with experimental observations even though this code can not grasp the small scaled bubbles in the calculation wheres LES can hold the real physics. This code will be extended to 3D compressible two phase flow for the study on the fluid dynamics in the inducers and impellers.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권2호
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• pp.61-70
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• 2013

조류발전용 수직축터빈(VAT)의 3차원적인 유체동력학적 성능을 효과적으로 예측할 수 있는 연구를 진행하였다. 수치해석은 2차원과 3차원으로 수행하였으며 이를 통해 물리적 유동현상의 차이를 파악하였다. 3차원 효과는 주로 날개 끝단에서 발생하는 날개끝 보오텍스가 주된 원인으로서, 이로 인해 터빈 날개가 내어주는 양력이 손실되고 회전하는 터빈은 토크가 감소하였다. 이러한 현상은 본 연구에서 채택한 통상적인 수직축 터빈의 스팬-직경비 범위에서 상당한 수준으로 나타남을 확인하였다. 본 연구에서는 대상 터빈을 선정하고 2차원으로 성능해석 후 3차원 효과를 보정하는 비교적 간단하고 효과적인 방법을 제안하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제37권3호
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• pp.27-36
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• 2000

기하학적 형상과 유동의 해를 B-스플라인으로 표현하는 2차원 고차 패널법이 개발되어 수중익 문제의 해석에 적용되었다. 기존의 Lee/Kerwin은 한 패널에 여러 개의 제어점을 배치하여 최소자승법에 의해 해를 구하였으나, 본 논문에서는 필요한 개수의 제어점 만을 표면에 규칙적으로 배열하여 해를 구할 수 있음을 수치 실험을 통하여 보였다. 특히, 날개 뒷날에서의 압력 점프의 값이 명시적으로 영이 되도록 하는 동역학적 Kutta 조건식의 도입이 중요하고, 이의 적용이 안정된 해를 보장함을 확인하였다. 해석해에 의해서 구해진 2차원 날개의 압력 분포와의 비교를 통하여, 적은 수의 제어점을 선정하여도 정확한 해를 얻을 수 있음을 보였으며, 동시에 계산속도도 현저하게 감소함을 보였다.

• 한국해양공학회지
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• 제31권3호
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• pp.189-195
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• 2017

A three-dimensional higher order boundary element method based on the B-spline is presented. The method accurately models piecewise continuous bodies and induced velocity potentials using B-spline tensor product representations, and it is capable of obtaining accurate pointwise values for the potential and its derivatives, especially in the trailing edge and tip region of the lift generating body, which may be difficult or impossible to evaluate with constant panel methods. In addition, we implement a wake roll-up and examine the tip vortex formation in the near wake region. The results are compared with existing numerical results and the results of experiments performed out at the cavitation tunnel of Chungnam National University.