• 제목/요약/키워드: 3-D PIV

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바닥보호공의 흡출 파괴에 대한 수치모의 (Numerical Simulation for Winnowing Failure of Bed Protection)

  • 하성원;김태원
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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    • pp.308-308
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    • 2017
  • 국내 하천에 설치된 횡단구조물은 2009년을 기준으로 약 20,753개로 알려져 있으며 수위 유지, 하상고 유지 등의 목적을 가지고 설치된다. 그러나 낙차를 가진 빠른 유속의 흐름을 형성시켜, 하류 하상에서 국소 세굴을 발생시킨다. 이를 방지하기 위해 횡단구조물 하류에 굴요성 구조(flexible structure)인 돌망태, 블록공, 사석 등으로 이루어진 바닥보호공(bed protection)이 설치되나 유실, 침하 등의 문제가 빈번히 발생되고 있어, 문제를 해결하기 위한 연구가 필요하다. 본 연구는 이러한 피복 대책에서 일어날 수 있는 파괴 기구인 전단파괴, 흡출 파괴, 경계 파괴, 하상 형태 변화에 따른 하부 침식 중 흡출 파괴(winnowing failure)를 유발하는 흐름을 검토하기 위한 수치모의를 수행하였다. 이때 흡출 파괴는 바닥보호공의 공극으로 미세한 하상 재료가 난류와 침투류의 작용에 의해 침식되어 바닥보호공이 침하되는 것을 말한다. 수치모의는 전산유체동역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 모형인 FLOW-3D 모형을 이용하였으며, 난류 모형으로 LES 모형을 적용하고 조밀한 격자를 부여하여 바닥보호공의 공극에서 발생되는 비교적 작은 척도의 와(vortex)를 해상할 수 있도록 하였다. 수치모의에 적용된 횡단구조물은 보, 물받이공, 바닥보호공으로 구성하였으며 특히, 바닥보호공의 형상은 구체(sphere)로 가정하여 다층으로 배치하였다. 바닥보호공의 공극 또는 구체 사이에서 발생되는 유속, 압력 등의 흐름특성을 분석한 결과, 바닥보호공 두께가 두꺼울수록 흡출 파괴에 대해 안정적인 것으로 나타났다. 이는 바닥보호공 설계를 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 향후 입자영상유속계(Particle Image Velocimeter, PIV)와 같이 공극에서 흐름을 측정할 수 있는 방법과 병행한 연구를 수행할 수 있을 것이다.

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2003년 겨울철 소아의 바이러스성 하기도 감염증에 대한 원인 및 바이러스별 임상양상 (Etiology and Clinical Features of Viral Lower-respiratory Tract Infections in Children in Winter, 2003)

  • 윤병호;이희철;천정미;윤소영;이우길;신손문
    • Clinical and Experimental Pediatrics
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    • 제48권7호
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    • pp.723-730
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    • 2005
  • 목 적 : 바이러스성 호흡기 감염이 유행하는 2003년 겨울철 소아의 하기도 감염증의 원인 바이러스를 규명하고, 그 임상 양상을 분석하여 환아의 진단, 경과 예측 및 치료에 도움이 되고자 본 연구를 시행하였다. 방 법 : 2003년 10월부터 2004년 3월까지 크룹, 기관기관지염, 세기관지염, 폐렴 등의 급성 하기도 감염증으로 삼성제일병원 소아과에 입원한 253례를 대상으로 비인두 흡입물을 채취하여 간접 면역 형광검사에 의해 바이러스가 확진된 92례를 대상으로 임상증상, 진찰소견, 방사선 소견, 혈액검사 소견을 의무기록을 중심으로 후향적으로 분석하였다. 결 과 : 1) 호흡기 바이러스 검사를 실시한 253례 중 92례에서 호흡기 바이러스를 검출하여 검출률 36.4%이었고, 이중 RSV가 76.0%로 가장 많았고, ADV가 12.0%, INFA가 9.8%, INFB와 PIV가 각각 1.1%였다. 이중 혼합 감염은 없었다. 2) 대상 환아의 남녀비는 1.4 : 1이었고, 연령의 분포는 20일된 신생아에서 8.3세까지 분포하였으며, 평균 연령은 13.7개월로 84.8%가 2세 미만이었다. 2세 미만에서 많았던 원인 바이러스는 RSV였다. 3) 임상진단은 폐렴이 56.5%로 가장 많았고, 세기관지염이 35.8%, 크룹이 3.3%, 기관기관지염이 4.3%였다. RSV, INFA가 폐렴의 주된 원인 바이러스였고, RSV는 세기관지염의 주된 원인 바이러스였다. 4) 임상증상 및 징후로는 기침(98.8%), 비루(82.6%), 발열(70.7%), 객담(33.7%), 설사(21.7%), 구토(10.9%), 수포음(67.4%), 흉곽함몰(28.3%), 천명(29.3%), 청색증(4.3%) 등이 있었다. 대상환아의 17.4%에서 $38.5^{\circ}C$ 이상의 고열을 보였고, 23.9%에서 발열이 5일 이상 지속되었다. INFA와 ADV의 발열 양상은 $38.5^{\circ}C$의 고열이 5일 이상 지속되는 경향을 보였다. 청색증은 RSV에서 유일하게 관찰되었다. 5) 백혈구수 이상을 보인 경우는 22.8%였고, 백혈구수의 감소($<5{\times}10^3/{\mu}L$)를 보인 경우는 8.7%였으며, 원인 바이러스로는 ADV가 가장 많았다. 백혈구수의 증가($>14{\times}10^3/{\mu}L$)를 보인 경우는 14.1%였고, 원인 바이러스로는 INFA가 가장 많았다. CRP가 4.0 mg/dL 이상으로 증가된 경우는 13.0%로 원인 바이러스로는 ADV가 많았다. 간효소치의 증가는 10.9%에서 있었고, 원인 바이러스는 RSV가 많았다. 결 론 : 2003년 겨울철 바이러스성 하기도 감염증의 주된 원인 바이러스는 RSV, ADV, INF A/B, PIV였으며, 각각의 바이러스가 보이는 임상 양상은 지속적인 발열, 청색증, 증가된 염증반응 소견, 간기능 이상 등으로 다양하였고, 또한 임상 진단에도 바이러스간에 차이가 있었다. 이러한 바이러스성 하기도 감염증의 원인에 따른 임상 양상의 차이를 인식하고, 이에 대한 관찰이 환아의 경과 예측, 진단 및 치료에 도움이 될 것으로 사료된다.

수평원통관 내에서 원형 및 정사각 실린더의 후류에 관한 실험적 연구 (An Experimental Study on Wakes behind a Circular and a Square Cylinder in a Horizontal Circular Tube)

  • 장태현;이명재
    • 한국산업융합학회 논문집
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    • 제6권3호
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    • pp.253-259
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    • 2003
  • An experimental study was performed for turbulent flow behind a circular and a square cylinder by using 2-D PIV(Particle Image Velocimetry) technique in a cylindrical tube. The Reynolds number investigated were 10,000, 30,000 and 50,000. The measuring system consists of CCD camera. Ar-ion laser, image grabber and a host computer. The mean velocity vector, time mean axial velocity, turbulent intensity and Reynolds shear stress were measured along the test tube. The results are compared each other for the circular and the square cylinder.

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휴대용 PC내에 실장된 강제공랭 모듈 주위의 유체유동과 온도분포 (Fluid Flow and Temperature Distribution around a Surface-Mounted Module Cooled by Forced Air Flow in a Portable Personal Computers)

  • 박상희;신대종;이인태
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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    • pp.729-732
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    • 2002
  • This paper reports an experimental study around a module about forced air flow by blower($35{\times}35{\times}6mm^3$) in portable PC(10mm high, 200mm wide, and 235mm long). The channel inlet flow velocity has been varied between 0.26, 0.52 and 0.78m/s. The power input to the module is 4Wthis report, particular attention is directed to the fluid flow and adiabatic wall temperature($T_(ad)$) around a module which is under fluid mechanical and thermal influences of the module. The fluid flow around a module was visualized using PIV system. Liquid crystal thernography is used to determine the adiabatic wall temperature around a heated module on an acrylic board. Plots of $T_(ad)$ (or F) show marked effects of dispersion of thermal wake near the module.

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가동보 운영에 따른 수리학적 특성 분석 (Analysis of Hydraulic Characteristics According to Operation of Movable Weir)

  • 서일원;박성원;김태원
    • 한국방재학회:학술대회논문집
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    • 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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    • pp.101-101
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    • 2011
  • 현재 국내에서 시행되고 있는 '4대강 살리기 사업'은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력을 시도하고 있다. 특히 안정적인 수위 및 유량확보와 홍수방지를 위한 보(weir)가 4대강 유역에 16개 설치되고 있다. 이러한 보 구간에는 고정보와 가동보가 복합적으로 설치되고 있으며 가동보는 그 형상과 운영방식에 따라 다양한 설계방안이 적용되었다. '4대강 살리기 사업' 중 낙동강 23공구의 강정보 공사 구간에는 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 라이징 섹터게이트는 구조물의 높이가 낮고 수문의 개폐장치가 수문피어 구조물 내에 설치되어 경관이 우수하며, 구조가 간단하여 비체와 수류의 안정성이 뛰어나기 때문에 4개의 공사구간에 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 제작하여 가변경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 개수로 장치는 너비 0.6 m, 높이 0.8 m, 그리고 길이 15.0 m(측정가능 구간, 헤드탱크와 테일게이트 부제외)의 개수로 실험장치이다. 측부는 모두 강화유리로 되어 육안관찰 및 계측 시 용이하게 제작되었으며, 순환식 유량 공급장치를 구축하여 수로의 하부에 설치된 유량탱크로부터 계속적으로 순환하도록 설계되었다. 또한 수로 하단으로부터 상단방향으로 약 33 m 지점에 전동 유압식 Jack screw 2기가 설치되어 경사도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 유량조절용 판넬의 제어기판에는 디지털 경사계가 설치되어 있기 때문에 보다 정확한 경사도의 조절이 가능하다. 보 모형의 총연장은 53 cm이며 폭은 45 cm이다. 섹터게이트의 게이트부분은 직경 15 cm로 설계하였다. 문주부분을 포함한 모든 모형은 아크릴로 제작하며 레이저의 주사를 방해하지 않으며 투과율을 최대로 할 수 있도록 고강도의 아크릴을 가장 얇게 하여 중공형태를 채택하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함되어 있다. 홍수시에 대한 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 유동장의 해석을 위해서는 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, $60^{\circ}$)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도를 제안하고자 하였다. 실험결과는 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치의 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대해서 분석하였다. 이를 통해 가동보 운영에 따른 다양한 유속구조를 파악할 수 있게 되며 구조적 안정성 확보를 위한 검증자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 향후, 가동보 운영방안 중 수세효과(flushing effect)에 대한 효과분석을 위해 게이트부 상류구간에 적절한 입경과 비중의 퇴적물질을 설치하는 연구와 상류부에서의 유입유사농도 및 시간변화에 따른 퇴적에 관한 연구를 수행할 계획이다.

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질소 희석이 수소 난류확산화염의 화염안정성에 미치는 영향 (The Effect of N2 Dilution on the Flame Stabilization in a Non-Premixed Turbulent H2 Jet with Coaxial Air)

  • 오정석;윤영빈
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제33권7호
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    • pp.477-485
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    • 2009
  • The study of nitrogen dilution effect on the flame stability was experimentally investigated in a non-premixed turbulent lifted hydrogen jet with coaxial air. Hydrogen gas was used as a fuel and coaxial air was used to make flame liftoff. Each of hydrogen and air were injected through axisymetric inner and outer nozzles ($d_F=3.65\;mm$ and $d_A=14.1\;mm$). And both fuel jet and coaxial air velocity were fixed as $u_F=200\;m/s$ and $u_A=16\;m/s$, while the mole fraction of nitrogen diluents gas was varied from 0.0 to 0.2 with 0.1 step. For the analysis of flame structure and the flame stabilization mechanism, the simultaneous measurement of PIV/OH PLIF laser diagnostics had been performed. The stabilization point was selected in the most upstream region of the flame base and defined as the point where the turbulent flame propagation velocity was equal to the axial component of local flow velocity. We found that the turbulent flame propagation velocity increased with the decrease of nitrogen mole fraction. We concluded that the turbulent flame propagation velocity was expressed as a function of turbulent intensity and axial strain rate, even though nitrogen diluents mole fraction was changed.

원형동심관내 선회유동의 열전달에 대한 실험적 연구 (Experimental Study on Heat Transfer with Swirling Flow in a Cylindrical Annuli)

  • 장태현;길상철;이권수
    • 한국가시화정보학회지
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    • 제8권1호
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    • pp.53-60
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    • 2010
  • Experimental investigations were conducted to study the characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. Swirl angle measurements were performed using a flow visualization technique using smoke and dye liquid for Re=60,00080,000. Using the two-dimensional particle image velocimetry method, we found the time-mean velocity distribution and turbulent intensities in water with swirl for Re=20,000, 30,000, and 40,000 along longitudinal sections. Neutral points occurred for equal axial velocity at y/(R-r)=0.70.75, and the highest axial velocity was recorded near y/(R-r)=0.9. Negative axial velocity was observed near the convex tube along X/(D-d)=3~23. Another experimental study was performed to investigate heat transfer characteristics of turbulent swirling flow in an axisymmetric annuli. Static pressure, and local flow temperature were measured using tangential inlet condition and the friction factors and Nusselt number were calculated for several Reynolds numbers.

Flow Around a Pipeline and Its Stability in Subsea Trench

  • Lee, Seungbae;Jang, Sung-Wook;Chul H. Jo;Hong, Sung-Guen
    • Journal of Mechanical Science and Technology
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    • 제15권4호
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    • pp.500-509
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    • 2001
  • Offshore subsea pipelines must be stable against external loadings, which are mostly due to waves and currents. To determine the stability of a subsea pipeline on the seabed, the Morrison equation has been applied with prediction of inertia and drag forces. When the pipeline is placed in a trench, the force acting on it is reduced considerably. Therefore, to consider the stability of a pipeline in a trench, one must employ reduction factors. To investigate the stability of various trenches, we numerically simulated flows over various trenches and compared them with experimental data from PIV (Particle Image Velocimetry) measurements. The present results were produced ar Reynolds numbers ranging from 6$\times$10$^3$to 3$\times$10(sub)5 based on the diameter of the cylinder. Quasi-periodic flow patterns computed by large-eddy simulation were compared with experimental data in terms of mean flow characteristics fro typical trench configurations (W/H=1 and H/D=3, 4). The stability for various trench conditions was addressed in terms of mean amplitudes of oscillating lift and drag, and the reduction factor for each case was suggested for pipeline design.

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저층 경계면 연구용 Benthic chamber(BelcI) 개발 (The Development of a Benthic Chamber (BelcI) for Benthic Boundary Layer Studies)

  • 이재성;박경수;강범주;김영태;배재현;김성수;박정준;최옥인
    • 한국해양학회지:바다
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    • 제15권1호
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    • pp.41-50
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    • 2010
  • 소형선박에서 운영이 가능한 연안용 benthic chamber(BelcI)를 개발했다. 운영상에 유연성이 큰 BelcI는 연안 저층 경계면 연구에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 판단된다. BelcI는 몸체, 자동채수기, 교반기 및 전자제어부로 구성된다. 운영상에 유연성을 극대화하기 위해 몸체는 사각 셀 단위의 2단 구조로 설계했다. 센서신호의 증폭, 교반기 및 채수장치 제어회로를 초 전력 소모 회로로 구성하여 외부 전원장치를 제거했다. PIV(particle image velocimetry)기법으로 측정한 chamber 내부의 유체유통은 전형적인 radial-flow impeller의 특성을 나타냈다. chamber내 물의 혼합 시간은 약 30초로 추정되었으며, 바닥면에서 shear velocity($u^*$)는 약 $0.32\;cm\;s^{-1}$였다. 산경계층(DBL) 두께는 약 $180{\sim}230\;{\mu}m$였다. 현장에서 측정한 산소소모율은 약 $84\;mmol\;O_2\;m^{-2}\;d_{-1}$로 선상배양결과 보다 2배 이상 컸다. 저층 영양염 플럭스는 "질산+아질산"이 $0.18\;{\pm}\;0.07\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$, 암모니움이 $2.3\;{\pm}\;0.5\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$, 인산인이 $0.09\;{\pm}\;0.02\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$, 규산규소가 $23\;{\pm}\;1\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$로 추정되 었다.

Optimal Shape of Blunt Device for High Speed Vehicle

  • Rho, Joo-Hyun;Jeong, Seongmin;Kim, Kyuhong
    • International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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    • 제17권3호
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    • pp.285-295
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    • 2016
  • A contact strip shape of a high speed train pantograph system was optimized with CFD to increase the aerodynamic performance and stability of contact force, and the results were validated by a wind tunnel test. For design of the optimal contact strip shape, a Kriging model and genetic algorithm were used to ensure the global search of the optimal point and reduce the computational cost. To enhance the performance and robustness of the contact strip for high speed pantograph, the drag coefficient and the fluctuation of the lift coefficient along the angle of attack were selected as design objectives. Aerodynamic forces were measured by a load cell and HWA (Hot Wire Anemometer) was used to measure the Strouhal number of wake flow. PIV (Particle Image Velocimetry) was adopted to visualize the flow fields. The optimized contact strip shape was shown a lower drag with smaller fluctuation of vertical lift force than the general shaped contact strip. And the acoustic noise source strength of the optimized contact strip was also reduced. Finally, the reduction amount of drag and noise was assessed when the optimized contact strip was applied to three dimensional pantograph system.