• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제4권2호
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• pp.243-254
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• 2011

In the present paper, we focus on the flow computation of a low head Propeller turbine at a wide range of design and off-design operating conditions. First, we will present the results on the efficiency hill chart prediction of the Propeller turbine and discuss the consequences of using non-homologous blade geometries for the CFD simulation. The flow characteristics of the entire turbine will be also investigated and compared with experimental data at different measurement planes. Two operating conditions are selected, the first one at the best efficiency point and the second one at part load condition. At the same time, for the same selected operating points, the numerical results for the entire turbine simulation will be compared with flow simulation with our standard stage calculation approach which includes only guide vane, runner and draft tube geometries.

• 한국가스학회지
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• 제16권5호
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• pp.58-65
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• 2012

현재 가연성 가스의 누출시 누출된 가스의 확산과 VCE에 의한 과압을 예측하기 위해 여러 모델들이 이용되고 있다. 그러나 이 모델들은 누출설비의 지형과 장애물 그리고 건물들의 영향에 대해서는 충분히 고려하지 않은 단순한 접근방법을 이용하고 있다. 이에 본 연구는 누출된 물질의 연소형태, 설비의 Geometry, 난류, 장애물, 바람의 영향 등 여러 변수를 고려하여 보다 정확하게 분석할 수 있는 CFD(Computational Fluid Dynamics) Model을 검토함으로서 누출된 가스의 확산과정과 분포형태 그리고 폭발시 화염과 과압의 결과를 2D와 3D의 가상공간에서 제시하였다. 이러한 CFD 분석결과는 폭발에 대한 리스크 분석과 리스크 기반의 설계에 있어 유용하게 활용될 것으로 판단된다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.64-70
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• 2008

Temperatures of engine head and liner depend on many factors such as spray and combustion process, coolant passage flow and engine related structures. To estimate the temperature distribution of engine structure, multi-dimensional computational fluid dynamics (CFD) codes have been mainly adopted. In this case, it is of great importance to obtain the realistic wall temperature distribution of entire engine structure. In the present work, a CFD-FEM coupling methodology was presented to address this demand. This approach was applied to a real large-size marine diesel engine. CFD combustion and coolant flow simulations were coupled to FEM temperature analysis. Wall heat flux and wall temperature data were interfaced between combustion simulation and solid component temperature analysis via translator by a commercial CFD package named FIRE by AVL. Heat transfer coefficient and surface temperature data were exchanged and mapped between coolant flow simulation and FEM temperature analysis. Results indicate that there exists the optimum cell thickness near combustion chamber wall to reasonably predict the wall heat flux during combustion period. The present study also shows that the effect of cell refining on predicting in-cylinder pressure during combustion is negligible. Hence, the basic guidance on obtaining the wall heat flux needed for the reasonable CFD-FEM coupling analysis has been established. It is expected that this coupling methodology is a robust tool for practical engine design and can be applied to further assessment of the temperature distribution of other engine components.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제36권4호
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• pp.1080-1087
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• 2019

화학물질 취급공정에서 발생하는 화학사고를 예방하기 위해 기본적으로 요구되는 위험성 분석 (Risk Analysis)시 공정의 특성을 잘 반영하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 CFD (computational fluid dynamics) 언어를 활용하여 화학공장의 고위험 공정을 대상으로 신뢰성 있는 사고 피해 결과를 분석하고 안전확보 방안을 제시하였다. 이를 위한 방법론적 사례로 화학공장의 RHDS (잔사유수첨탈황공정) 공정을 대상으로 실제공정의 운전조건, 설비 및 장치의 형태와 밀집도, 대기상태, 바람의 영향 등 여러 복합적 변수를 고려하여 FEA (Finite Element Analysis)와 CFD 시뮬레이션을 수행하여 확산, 폭발 시뮬레이션을 수행하였으며, 3D Scanning 기술, 누출공 크기 산정, 누출량 산정을 위한 CFD 적용 가능성을 검토하였다.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제2권4호
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• pp.353-362
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• 2009

In the process of turbine modernizations, the investigation of the influences of water passage roughness on radial flow machine performance is crucial and validates the efficiency step up between reduced scale model and prototype. This study presents the specific losses per component of a Francis turbine, which are estimated by CFD simulation. Simulations are performed for different water passage surface roughness heights, which represents the equivalent sand grain roughness height. As a result, the boundary layer logarithmic velocity profile still exists for rough walls, but moves closer to the wall. Consequently, the wall friction depends not only on roughness height but also on its shape and distribution. The specific losses are determined by CFD numerical simulations for each component of the prototype, taking into account its own specific sand grain roughness height. The model efficiency step up between reduced scale model and prototype value is finally computed by the assessment of specific losses on prototype and by evaluating specific losses for a reduced scale model with smooth walls. Furthermore, surveys of rough walls of each component were performed during the geometry recovery on the prototype and comparisons are made with experimental data from the EPFL Laboratory for Hydraulic Machines reduced scale model measurements. This study underlines that if rough walls are considered, the CFD approach estimates well the local friction loss coefficient. It is clear that by considering sand grain roughness heights in CFD simulations, its forms a significant part of the global performance estimation. The availability of the efficiency field measurements provides an unique opportunity to assess the CFD method in view of a systematic approach for turbine modernization step up evaluation. Moreover, this paper states that CFD is a very promising tool for future evaluation of turbine performance transposition from the scale model to the prototype.

• 공업화학
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• 제22권5호
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• pp.566-574
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• 2011

석탄가스화기는 석탄가스화복합발전과 석탄간접액화 공정에서 고효율을 얻기 위한 중요한 설비 중 하나이다. 현재 여러 종류의 석탄가스화기가 성공적으로 사용되고 있지만, 간단하면서도 신뢰도를 높일 수 있는 다양한 설계 변경이 가능하다. 건식 분류층 가스화기 4종류의 형태를 제시하고 이들을 체류시간, 가스화기 출구 합성가스의 온도, 합성가스 조성을 중점으로 비교하였다. 설계개념이 적정한지를 우선 파악하고자 반응을 배제한(cold-flow) CFD 해석을 먼저 수행하였고, 실제 가스화기 조건을 반영한 화학반응이 고려된(hot-flow) 해석을 수행하여 비교하였다. 가스화기 설계에 CFD를 적용하는 데는 슬랙의 거동과 슬랙탭 설계 등 측면에서 제한적이기는 하지만, 다양한 설계개념 중에서 가능성이 높은 가스화기 형태의 범위를 좁히는 데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

• 멤브레인
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• 제20권1호
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• pp.29-39
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• 2010

본 연구는 차세대 에너지원으로 주목 받고 있는 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)에 대해 mutiscale 기법을 사용하여 DMFC의 MEA부분에 대한 상세 모델링 및 전산모사를 통한 이론적 고찰을 시도하였다. 본 연구에서 이용한 multiscale 모델링 방법은 공정시스템 공학의 kinetic 중심의 모델링 방법과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)의 유동중심의 모델링 방법을 유기적으로 결합하여 모사 중간에 필요한 데이터 교환을 함으로써 정확한 모델링 및 전산모사 결과를 얻었다. CFD 모델링으로 유체 이동현상을 3차원으로 해석하였고, 동시에 복잡한 비선형 대수방정식으로 표현되는 반응속도, 전기화학반응을 DAE (Differential & Algebraic Equation) solver로 계산하였다. 모델은 메탄올의 산화반응과 산소의 환원반응을 중심으로 MEA (Membrane Electorde Assembly)부분에서 물리화학적, 전기적 현상 현상을 규명하고, 반응 메커니즘을 구성하였다. MEA 모델은 3차원 공간에서 변위를 가지는 3차원 모델로 구성하였으며, 정상상태 및 등온공정의 조건하에 수립되었다. 이를 통해 channel을 포함한 MEA 부분에서 발생되는 물리적, 화학적, 전기적 현상을 정확히 예측 할 수 있다. 본 연구를 통해 수행된 결과는 DMFC의 실험계획 및 운전조건을 도출함에 있어 매우 유용한 역할을 할 수 있을 것으로 사료되며, 추가적인 연구를 통해 DMFC의 상용화에 크게 이바지 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권5호
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• pp.598-602
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• 2010

본 논문에서는 다량의 수소를 포함한 다성분계 원료가스로부터 수소를 분리해 내는 분리막 시스템에 대하여 CFD 모델링과 모사를 수행하였다. 분리막 시스템은 환형 실린더 타입으로 원료가스의 유입을 위한 외부 lumen side와 sweeping gas가 유입되는 내부 permeation side로 구성된다. Lumen side의 운전온도와 압력은 $374^{\circ}C$, 7 기압 permeation side의 sweeping gas의 도입 온도와 압력은 $374^{\circ}C$, 3기압이며, 이러한 조건에서 운전이 가능한 Pd 분리막을 사용하였다. Sweeping gas의 흐름 방향에 따른 향류 및 병류 흐름에 대하여 각각 CFD 모사를 수행하였으며 수소 몰분율, 수소분압, 수소 플럭스 등에 대하여 결과를 비교하였다. 또한 lumen side의 원료가스 도입유속을 변화시켜 모사를 수행하고, 이에 따른 막분리 시스템의 효율을 비교하고 이에 대하여 고찰하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권5호
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• pp.1-8
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• 2009

Photobioreactor (PBR) that houses and cultivates microalgae providing a suitable environment for its growth, such as light, nutrients, CO2, heat, etc. is now getting more popular in the last decade. Among the many types of PBRs, the bubble column type is very attractive because of its simple construction and easy operation. However, despite the availability of these PBRs, only a few of them can be practically used for mass production. Many limitations still holdback their use especially during their scale-up. To enlarge the culture volume and productivity while supplying optimum environmental conditions, various PBR structures and process control are needed to be investigated. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was economically used to design a bubble-column type PBR taking the place of field experiments. CFD is a promising technique which can simulate the growth and production of microalgae in the PBR. To study bubble column PBR with CFD, the most important factor is the possibility of realizing bubble. In this study, multi-phase models which are generally used to realize bubbles were compared by theoretical approaches and comparing in a 2D simulation. As a result, the VOF (volume of fluid) model was found to be the most effective model to realize the bubbles shape as well as the flow inside PBR which may be induced by bubble injection. Considering the accuracy and economical efficiency, 0.005 second time step size was chosen for 2.5 mm mesh size. These results will be used as criteria for scale-up in the PBR simulation.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제23권9호
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• pp.17-23
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• 2009

자외선 살균기술을 바탕으로 한 수처리 분야에 대한 관심이 최근 증가하고 있다. 수처리분야에서 살균처리방식의 효율은 유체 살균챔버나 살균강도 그리고 미생물의 불활성역학에 따라 수처리 성능이 결정된다. 광산화법에 이용되는 빛은 주로 자외선이 이용되며 매우 깨끗하고 높은 에너지를 가지고 있어 화학살균방법에 비해 잔류물이 없고 높은 안정성으로 최근 관심이 높아지고 있다. 그러나 자외선살균방식은 조사시간과 조사량에 직접적인 영향을 받아 이를 위한 최적의 설계가 이루어져야 한다. 본 연구에서는 유수살균장치의 챔버 내의 자외선 램프와 유수에 대한 3D-CFD discrete ordinates model 모델을 제시하고 이를 시뮬레이션을 통해 설계방식의 최적화 여부를 검증하고 향후 유수형 자외선살균방식의 시뮬레이션방법을 제안하고자 한다.