• 대한기계학회논문집B
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• 제39권6호
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• pp.477-483
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• 2015

공동유동에 관한 연구는 공동시스템에서 발생하는 소음/진동 문제로 인하여 많은 연구가 이루어졌으며, 현제 항공우주 산업의 급속한 발전과 더불어 다양한 공학적 장치에 적용되고 있다. 하지만, 실제 공학적 응용에서 많이 적용되는 곡면 벽상에 설치한 공동유동에 관한 연구에 대해서는 거의 수행되지 않았다. 본 연구에서는 곡면벽상에 설치한 공동유동의 특성을 조사하기 위해 수치계산을 수행하였으며, 곡면의 곡률 반경의 비(L/R) 및 입구 유동의 마하수를 변화시켜, 천음속/초음속 공동유동에서 발생하는 압력진동을 조사하였다. 그 결과 곡면에 부착된 공동유동의 경우 와류의 상호작용으로 인한 압력 교란을 완화시켰으나, 압력 진동의 진폭을 증가시켰으며, 또한 마하수가 증가함에 따라 압력 진동의 진폭이 증가하였다. 주파수 분석 결과, 곡관의 무차원 진동수는 직관에 비해 낮은 값이 측정되었으며, 또한 Rossiter의 실험값에 비해 낮은 값을 가졌다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.353-362
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• 2015

도시철도 지하역사에 설치되어 운영중인 승강장 안전문(PSD)은 승객의 추락방지 등 안전사고 예방에 큰 기여를 하고 있지만, 기존 승강장 선로 배기설비의 차단으로 인해, 일부 역사에서 승강장내 환기효율 저하문제를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 PSD가 설치된 승강장의 기존 급배기 시스템의 환기효율 개선을 위해, 승강장과 대합실로 통하는 계단부 하부공간의 무효한 공간(창고)에 국부적인 하부 배기시스템을 추가하고, 승강장 배기용 덕트를 선로부의 기존 배기시스템에 연결하여 연동함으로써 기존 시스템에 무리 없이 승강장 실내환경을 개선하고자 하였다. 즉, PSD 설치이후 승강장 내부의 전체적인 기류혼합효과와 오염된 실내공기를 효율적으로 배출하기 위한 하부배기 방식을 연구하였다. 이러한 하부배기 방식의 효과를 예측하기 위하여, 서울지하철 2호선 역사를 선정하여 급배기량을 실측하고, 이를 바탕으로 전산수치해석 연구를 수행하여 개선효과를 예측해보았다. 하부 배기시스템의 적용은 승강장 기류의 지체상태 및 환기효율 특성을 나타내는 공기연령 측면에서 약 16.5%의 개선효과가 있는 것으로 분석되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.740-746
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• 2017

함정의 추진기와 발전기에 의해 발생하는 고온의 폐기가스와 연돌 주변 금속표면에서 방사되는 적외선 신호는 적 위협 무기체계의 표적이 되어 함의 생존성을 감소시키는 주 원인이 된다. 폐기가스와 연돌의 적외선 신호는 함정에 적외선 신호저감 장치(Infra-Red Signature Suppression system, IRSS)를 설치하여 감소시키고 있다. IRSS는 폐기가스에 난류 유동을 형성하는 이덕터, 폐기가스와 주변 공기가 혼합되는 믹싱 튜브, 외기와의 압력차를 이용하여 공기 필름을 형성하는 디퓨져 세 부분으로 구성된다. 본 연구는 적외선 신호저감 장치를 국내 독자기술로 개발하기 위한 기초 연구로 국외 선진 기술사에서 개발하여 국내 함정에 설치된 IRSS의 모형시험 조건을 분석하고 이를 기반으로 열 유동해석 연구를 수행하였다. 열 유동해석에서는 상용 수치해석 프로그램을 사용하였으며, 다양한 난류 이론 모델을 고려하여 결과를 비교 분석하였다. 해석의 주요 결과로는 이덕터 입구와 디퓨져 출구에서의 폐기가스 온도 및 속도, 그리고 디퓨져의 금속표면 온도를 구하였으며 모형시험의 계측 결과와 잘 부합함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.183-195
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• 2012

본 연구에서는 도로터널 내 화재 시 임계풍속 산정을 위해 3차원 전산유체역학 기법을 이용하여 격자수, 그리고 화원의 크기와 위치에 따라 그 결과를 비교 분석하였다. 본 대상터널에서 1차원 식으로 산출된 임계풍속은 터널 높이 대신 수력지름을 적용한 경우 2.22 m/s로 산정되었다. 임계풍속 2.25 m/s를 적용하여 격자수에 따른 6가지 수치해석 결과, 격자수에 따라 역류의 위치와 온도, CO 농도 값이 상이하게 나타났으며, 본 대상터널의 경우는 약 84만개 격자수를 사용한 case 1이 적절한 격자임을 알 수 있었다. 또한 화원의 크기와 위치에 따른 수치해석 결과, 화원의 크기와 위치에 따라 상이한 기류분포, 온도분포 및 CO농도분포를 나타내어 임계풍속에 영향을 미친다는 것을 확인했다. 이것은 열교환 면적과 위치에 기인된다고 판단된다. 향후 실제 실험결과와 상세히 비교하여 3차원 수치해석의 격자 의존성과 화원의 위치 및 크기를 반드시 확인해야 할 것으로 판단된다.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권6호
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• pp.796-802
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• 2018

선박의 유체 저장 탱크 내부의 적재용량에 의한 선박 운동 고유 특성의 변화는 많은 실험 과 연구를 통해 밝혀졌다. 또한 이러한 현상에 의한 선박 운동 특성 변화를 최소화하기 위한 장치는 지속적으로 연구 및 개발되고 있으며, 특히 횡동요 운동에 대한 저감효과에 대한 부분이 주를 이루고 있다. 본 연구에서는 이러한 장치 중 하나인 저장탱크 내부의 격벽에 의한 횡동요 저감장치의 길이 변화에 따른 간극의 변화에 의한 선박 운동의 변화를 수치 시뮬레이션 하였다. 본 연구를 위해 경계요소법 기반의 부유체 운동 프로그램과 입자법 기반의 전산유체역학 프로그램이 동적 연성된 프로그램을 사용하였으며, 동적 연성된 프로그램은 동일 실험과의 비교를 통해 검증하였다. 검증된 프로그램은 격벽의 길이를 달리하여 간극에 변화를 준 다양한 경우에 대해 수치 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 액체 저장률의 변화 및 액체 탱크 내부의 격벽에 의한 간극의 차이에 의해 선박 운동 특성이 변화함을 응답 진폭 함수의 비교를 통해 확인하였다. 주목할 만한 결과로써 적재용량에 따라 변화하는 선박의 운동 특성이 간극을 조정함으로써 동일한 선박 특성을 가지게 됨을 확인하였으며, 이는 격벽에 의한 간극의 조종을 통한 선박 운동 제어가 가능함을 보여준다. 추후 격벽의 수 및 각기 다른 길이를 가진 격벽에 의한 연구를 수행하여 격벽 길이 조정을 통한 선박 운동 특성 제어에 대한 연구를 수행할 계획이다.

• Wind and Structures
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• 제27권1호
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• pp.11-27
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• 2018

The straight-cone steel cooling tower is a novel type of structure, which has a distinct aerodynamic distribution on the internal surface of the tower cylinder compared with conventional hyperbolic concrete cooling towers. Especially in the extreme weather conditions of strong wind and heavy rain, heavy rain also has a direct impact on aerodynamic force on the internal surface and changes the turbulence effect of pulsating wind, but existing studies mainly focus on the impact effect brought by wind-driven rain to structure surface. In addition, for the indirect air cooled cooling tower, different additional ventilation rate of shutters produces a considerable interference to air movement inside the tower and also to the action mechanism of loads. To solve the problem, a straight-cone steel cooling towerstanding 189 m high and currently being constructed is taken as the research object in this study. The algorithm for two-way coupling between wind and rain is adopted. Simulation of wind field and raindrops is performed with continuous phase and discrete phase models, respectively, under the general principles of computational fluid dynamics (CFD). Firstly, the rule of influence of 9 combinations of wind sped and rainfall intensity on flow field mechanism, the volume of wind-driven rain, additional action force of raindrops and equivalent internal pressure coefficient of the tower cylinder is analyzed. On this basis, the internal pressures of the cooling tower under the most unfavorable working condition are compared between four ventilation rates of shutters (0%, 15%, 30% and 100%). The results show that the 3D effect of equivalent internal pressure coefficient is the most significant when considering two-way coupling between wind and rain. Additional load imposed by raindrops on the internal surface of the tower accounts for an extremely small proportion of total wind load, the maximum being only 0.245%. This occurs under the combination of 20 m/s wind velocity and 200 mm/h rainfall intensity. Ventilation rate of shutters not only changes the air movement inside the tower, but also affects the accumulated amount and distribution of raindrops on the internal surface.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권3호
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• pp.1-10
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• 2012

The purpose of this study was to promote the utilization of wind velocity of kitchen and bathroom exhaust ducts for wind power generation in high-rise apartments. The research content can be summarized as follows: 1) Nine high-rise apartments were examined for the installation of kitchen and bathroom exhaust ducts located in the pipe shaft (PS) section. After selecting simulation candidates, a simulation was performed with the STAR-CCM+ Ver 5.06 program. 2) Of nine high-rise apartments, seven had kitchen and bathroom exhaust ducts, whose cross section was in the range of $0.16m^2{\sim}0.4m^2$. The area ratio between the exhaust ducts and PS section (cross section of exhaust duct/area of PS section ${\times}$ 100) was on average 3.2%. 3) The simulation results were analyzed. As a result, the smaller cross section kitchen and bathroom exhaust ducts had, the more advantages there were for increasing exhaust wind velocity. If an out air inlet duct is installed to the old kitchen and bathroom exhaust ducts, it will increase exhaust wind velocity by 3.01~3.98m/s and contribute to the proper wind velocity level (3.0m/s). 4) When the simultaneous usage rate between the kitchen and bathroom exhaust fan increased from 20% to 60%, exhaust wind velocity increased. The "entire house holds" condition for exhaust fan operation provided more even exhaust wind velocity than the "some house holds" condition. 5) Exhaust wind velocity increased in the order of amplified (T-3), induced (T-2) and vertical (T-1) top of kitchen and bathroom exhaust ducts. Of them, the amplified type (T-3) was under the least influence of external wind velocity and thus the most proper for kitchen and bathroom exhaust duct tops.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.69-76
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• 2018

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 필름 냉각에서 45도 리브가 있는 냉각채널의 필름 홀 위치가 블레이드의 표면냉각 성능에 미치는 영향을 전산유체해석 기법을 통하여 분석하였다. 또한 냉각채널의 리브 유무의 영향을 동일 분사율에 대해서 고찰하였다. 수치해석 도메인은 3차원으로 구성하였고 상용코드(Fluent ver. 17.0)를 사용하여 정상상태 조건 하에서 수치해석을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로 블레이드 표면에서의 냉각효율, 유속, 유선, 압력 계수를 비교 분석하였고 홀 위치의 변화가 리브 구조에 의해 유발되는 이차 유동의 토출에 미치는 영향을 고찰하였다. 수치해석 결과로부터 리브가 설치되어 있는 경우 냉각채널의 내부유동은 상부에서 반시계 방향 및 하부에서 시계 방향의 와류쌍을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 리브가 있는 채널의 경우 리브에 의하여 발생한 와류유동이 홀 출구 부근에서 더 높은 압력 차이를 유발하여 리브가 없는 경우보다 최소 12% 이상의 높은 냉각 효율을 나타냈다. 또한 리브가 있는 채널 중에서 홀이 좌측에 위치한 경우(Rib-Left) 리브에 의하여 발생한 이차 유동이 홀 부근의 벽면에 부딪혀 홀 경사각 방향으로의 유동이 형성되는 것을 확인하였다. 블레이드 표면으로 토출된 냉각기체가 주 유동 경계층 내부에서 머무는 영역이 다른 케이스에 비하여 넓기 때문인 것으로 사료된다. 또한 이 경우 홀 출구 부근에서 가장 큰 압력 계수 차이를 나타내었고 이로 인하여 냉각기체의 토출이 촉진되어 냉각효율이 다소 증가하였다.

• 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.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제25권4호
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• pp.103-109
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• 2011

본 연구에서는 초고층 건축물 화재 시 피난 안전 구역이 있는 피난 층에서 화재실로부터 발생하는 연기의 거동을 파악하기 위하여 상용코드를 사용하여 수치해석을 하였다. 화재를 모사하기 위하여 10 MW의 발열량에 해당하는 온도와 속도를 이용하여 부력 plume을 적용하였으며 종 보존 방정식을 이용하여 화재 연기 거동을 예측하였다. 피난 안전 구역에 제연 댐퍼를 설치하여 급기 가압 제연 시스템을 적용하였으며 화재실 문이 열린 경우 25 $m^3/s$, 화재실과 부속실 문이 동시에 열린 경우 50 $m^3/s$의 제연 댐퍼송풍량은 화재 안전 기준 NFSC 501-A를 만족하며 충분히 제연이 가능하다는 것을 확인하였다. 부속실문이 열린 경우, 화재실의 문이 닫혀 있더라도 문과 벽 사이의 틈새 면적으로 연기가 피난 안전 구역으로 유입될 가능성이 있다. 또한, 50 $m^3/s$ 높은 송풍량으로 제연 중 화재실 문이 닫힐 경우 피난자가 화재실에 고립될 가능성을 확인하였다. 그러므로 피난자의 안전을 위해 제연 송풍량의 조절이 필요하며 본 연구에서는 피난 시나리오에 따른 적절한 송풍량을 제안한다.