• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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• pp.2192-2197
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• 2003

The purpose of this 3-D numerical simulation is evaluate the application of a commercial CFD code to predict 3-D flow and power characteristics of wind turbines. The experimental approach, which has been main method of investigation, appears to be its limits, the cost increasing with the size of the wind turbines, hence mostly limited to observing the phenomena on rotor blades. Therefore, the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Navier-Stokes solvers are considered a very serious contender. The flow solver CFX-TASCflow is employed in all computations in this paper. The 3-D flow separation and the wake distribution of 2 and 3 bladed Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) are compared to Heuristic model and smoke-visualized experimental result by NREL(National Renewable Energy Laboratory). Simulated 3-D flow separation structure on the rotor blade is very similar to Heuristic model and the wake structure of the wind turbine is good consistent with smoke-visualized result. The calculated power of the 3 bladed rotor by CFD is compared with BEM results by TV-Delft. The CFD results of which is somewhat consist with BEM results, under an error less than 10%.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제27권7호
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• pp.906-913
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• 2003

The purpose of this 3-D numerical simulation is to evaluate the application of a commercial CFD code to predict 3-D flow and power characteristics of wind turbines. The experimental approach, which has been main method of investigation, appears to be its limits, the cost increasing with the size of the wind turbines, hence mostly limited to observing the phenomena on rotor blades. Therefore. the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques and Navier-Stokes solvers are considered a very serious contender. The flow solver CFX-TASCflow is employed in all computations in this paper. The 3-D flow separation and the wake distribution of 2 and 3 bladed Horizontal Axis Wind Turbines (HAWTs) are compared to Heuristic model and smoke-visualized experimental result by NREL(National Renewable Energy Laboratory). Simulated 3-D flow separation structure on the rotor blade is very similar to Heuristic model and the wake structure of the wind turbine is good consistent with smoke-visualized result. The calculated power of the 3 bladed rotor by CFD is compared with BEM results by TU-Delft. The CFD results of which is somewhat consist with BEM results. under an error less than 10%.

• 한국안전학회지
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• 제32권4호
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• pp.46-52
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• 2017

Sediment exchange in river has been affected by artificial changes such as dredging and abnormal climate changes like intense rainfall. Over last decades in Korea, there were many constructions, restoration or rehabilitation in rivers. Therefore, deposition and erosion become more actively occurred than before, which may threaten the river safety such as flood defense. For safety's sake, the dredging of river bed, which is considered as the most typical measure, has been increased to extend hydraulic conveyance compared with previous conditions. However, since it might change the sediment mechanism, there would be another risk at which unexpected side effects such as headward erosion could be occurred. Particularly, sedimentation at abrupt expansion region is able to lead to hydraulic characteristics like water elevation in the upstream region in the beginning of dredging, which, however, has been barely studied in this field. Therefore in this study, the relationship between sediment mechanism at dredging section and hydraulic characteristics in upstream region were presented through numerical simulations in the idealized abruptly widen channel using Delft3D. The ideal channel of 2,000 m length with each side angle of 45 degrees at abruptly widen expansion region was employed to consider the sediment angle of repose. The sensitivity analysis was performed on the dimensionless factors consisted of upstream and downstream depths($h_u$, $h_d$), width($w_u$, $w_d$), water level(H), flow rate(Q) and discharge of sediment($Q_s$). And the sedimentation amount at dredging and the upstream hydraulic characteristics were investigated through that analysis. It showed that $h_d/h_u$, $H/h_u$ and $w_d/w_u$ were more influential in sequence of effect on sedimentation amount, while $h_d/h_u$, $w_d/w_u$ and $H/h_u$ on upstream region. It means that $h_d/h_u$ was revealed as the most significant factors on sedimentation, also it would most highly affect the rising of water level upstream.

• Journal of Magnetics
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• 제15권2호
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• pp.64-69
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• 2010

This paper describes the development of a novel transverse flux linear motor (TFLM) excited by permanent magnets (PMs). It combines the advantage of two different TFLMs and produces high thrust with reduced normal force. The magnetic field is analyzed by combining the three-dimensional (3D) equivalent magnetic circuit network (EMCN) method with 2D finite element analysis. The experimental findings of the prototype motors are in good agreements with the analysis results, and demonstrate the potential of the proposed motor as a direct drive requiring relatively long displacement of a mover.

• 한국농공학회:학술대회논문집
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• 한국농공학회 2005년도 학술발표논문집
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• pp.313-317
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• 2005

This study aimed to estimate applicability of a model to simulate circulation in estuarine lake caused by operation of drainage gates. The model consists of 2D (depth-averaged) hydrodynamic models, Delft3D-FLOW model and operation model for drainage gates. The flow through drainage gates was calculated using weir formulae with discharge coefficient, 0.8. The simulations are performed under two conditions: uncontrolled condition and controlled by periods of two days. The results on simulation of the model showed that the water level in estuarine lake was tend to increase above mean sea level. Therefore it was proved that the calibration and verification were needed in order to applicate this model for Saemankeum area.

• Steel and Composite Structures
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• 제26권3호
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• pp.375-386
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• 2018

Existing design codes for steel-concrete composite structures give only general information about the shear connection provided by headed studs in group arrangement. Grouting of the openings in prefabricated concrete slabs, where the grouped headed studs are placed in the deck pockets is alternative to cast-in-place decks to accomplish fast execution of composite structures. This paper considers the possibility to reduce the distance between the studs within the group, bellow the Eurocode limitations. This may lead to increased competitiveness of the prefabricated construction because more studs are placed in the group if negative effectives of smaller distances between studs are limited. The main purpose of this work is to investigate these limits and propose an analytical calculation model for prediction of the shear resistance of grouped stud arrangements in the deck pockets. An advanced FEA model, validated by results of push-out experiments, is used to analyze the shear behavior of the grouped stud with smaller distance between them than recommended by EN 1994-1. Calculation model for shear resistance, which is consistent with the existing Eurocode rules, is proposed based on a newly introduced equivalent diameter of the stud group, $d_G$. The new calculation model is validated by comparison to the results of FE parametric study. The distance between the studs in the longitudinal direction and the number of stud rows and columns in the group are considered as the main variables.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.302-307
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• 2017

본 연구에서 퇴사량조사 실적 및 유량-유사량 관측 자료, 상 하류 수위-유량 자료를 보유하고 있는 B 저수지를 대상으로 3차원 수치모형을 이용하여 저수지 퇴사분포를 분석해 보았다. 또한 수치모형의 검증을 위하여 저수지내 6개 지점에 대한 시추 샘플링을 통해 퇴적토의 깊이를 측정하였다. 퇴적토 샘플링시 시료의 교란을 방지하기 위하여 동일지점에서 2회 샘플링 작업을 수행하였다. 샘플링 시료는 원지반과 퇴적지반의 구분을 위하여 시료분석 이전에 각 단면별 깊이를 측정하였으며, 시료는 각 단면별로 물리적 특성시험을 통해 압밀도를 측정하여 퇴적토의 깊이를 산정하고 수치모형시 검증 자료로 사용하였다. 본 연구에서는 3차원 수리해석과 함께 유사의 이송, 침식, 퇴적현상을 연동하여 모의 가능한 Delft3D 모형을 이용하여 B 저수지에 대한 유사 이송모의를 수행하였다. 모의 결과 저수지의 하폭이 넓어지는 지형 및 만곡부 인근에서 퇴적이 진행되는 결과를 보였으며, 퇴적토 시료와 비교한 결과 퇴적토 깊이는 일부 차이가 있었으나, 퇴적분포 양상은 유사한 결과를 보였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권12호
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• pp.1065-1075
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• 2015

하구둑과 같은 구조물이 설치된 하구역에서는 상류로부터 내려온 하천수와 외해의 조석, 수문의 운영에 따라 복잡한 유출특성을 가지게 되며, 하나의 하구역에 2개 이상의 유역출구가 존재하는 경우 더욱 복잡한 형태의 홍수유출특성을 나타낸다. 이러한 사례로 현재 개발계획이 수립중인 새만금 지역을 들 수 있다. 새만금 지역의 경우 만경강과 동진강 유역에서 하천수가 유입되고 방조제에서는 배수갑문을 통해 하천수를 방류하고 해수유입을 차단한다. 두 하천이 만나는 새만금호 내에는 분리하는 용지가 들어서게 되며, 두 수계의 유출량을 연결수로를 통해 교환할 수 있도록 계획되고 있다. 이러한 연결수로는 평소에는 주운의 역할을 하지만 홍수시에는 두 수계간의 홍수를 소통시켜 홍수를 분담하는 기능을 하게 된다. 따라서 하구역 내의 치수적 안전성 확보를 위해서는 연결수로에 대한 홍수분담능력을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 연결수로의 통수능에 따른 홍수위 저감효과를 수치해석을 통해 분석하였다. 해석에는 Delft3D를 활용하였으며 해석기간은 배수갑문의 방류가 어려워 최대홍수위가 발생되는 소조기로 설정하였다. 새만금종합개발계획상의 토지이용계획에서는 3개의 연결수로가 계획되어 있으나 연결수로에 의한 홍수위저감효과를 검토하기 위해 해석을 단순화하여 가장 폭이 넓은 수로 1개만 운영되도록 설정하였다. 연결수로의 폭은 동일하게 하고 하상고를 EL.-15m~EL.-3m까지 2m 단위로 변화시켜 다양한 통수능 조건에서의 홍수저감효과를 검토하였다. 수치해석 결과 연결수로의 통수능이 감소하면 두 수계간의 수위차가 증가하면서 배수갑문지점에서의 최대수위도 증가하며, 동일한 수위차라 하더라도 통수단면적에 따라 유속의 영향으로 홍수위 저감효과도 변화한다는 것을 확인하였다. 또한, 통수단면적이 증가하더라도 홍수위 저감효과가 발생하지 않게 되는 통수단면적도 분석하여 제시하였다. 본 연구결과는 향후 연결수로 설계시 기초자료로 활용될 수 있으며, 준설로 인한 공사비를 최소화하면서 홍수위 저감효과는 극대화할 수 있는 최적 연결수로를 설계할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.248-248
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• 2018

새만금 종합개발계획(정부, 2011)에 따른 내부개발의 완료시점은 2030년이며, 방수제 공사와 준설 등과 같이 만경강 및 동진강 유역 내 흐름을 변화시킬 수 있는 공사를 포함하고 있으므로 현재와 2030년의 하천 및 호의 수리특성은 다를 것이라 예상된다. 2030년까지 준설상황 등을 예측하여 반영하는 것은 사실상 불가능하기 때문에 새만금 종합개발계획에서 제시하고 있는 내부개발의 완료시점을 기준으로 홍수사상을 모의하였다. 새만금 호의 물리적인 변화는 수리특성의 변화로 이어질 수 있으며, 이는 상류지역으로 전파가 될 수 있으므로 호내 뿐만 아니라 만경강과 동진강 전역에 대한 홍수시의 수리특성을 검토하였다. 새만금 호와 연결된 만경강과 동진강의 설계홍수량은 대부분의 구간에서 100년 빈도이기 때문에 본 연구에서는 100년 빈도 홍수사상에 대한 분석을 기초로 홍수위 검토를 수행하였고, RCP8.5 시나리오를 적용한 100년 빈도 홍수량과 500년 빈도 홍수량에 대한 추가적인 연구를 수행하였으며, 이 결과를 토대로 취약지구 분석 및 대책 등을 제시하였다. 수치모의는 Delft3D를 이용하였으며, 새만금 유역의 동진강 지구의 실측치와 비교함으로써 모델의 적용성을 검증하였다. 서해안 조위 특성상 새만금 방조제는 조위 영향이 크므로, 이에 본 연구에서는 외조위의 특성을 고려하기 위해 새만금 유역 주변의 12개 조화상수(tidal harmonic constant)를 이용하여 조위에 대한 모의를 별도로 수행하고, 이 결과를 배수갑문의 경계조건으로 이용하였다. 상류 경계조건은 하천기본계획상에 제시된 하천은 이를 이용하였으며, 그 외의 소하천은 유역면적을 이용한 계산법을 사용하여, 선형적 면적 비유량(Specific Discharge, SD) 방법을 적용하여 본류의 유량에 부가하는 방식으로 수행하였다. 수치해석 결과, 준설 구간의 수위는 전반적으로 저하되었으며, 거리에 따른 수면의 경사를 분석한 결과 기존의 하천구역이 준설 등으로 인하여 호수의 특성으로 변화된 것으로 확인하였다. 본 연구에서 취약지구는 홍수위가 제방고의 약 80% 이상 되는 지역으로 결정하였으며, 이를 토대로 취약지구 분석을 수행한 결과 기존 100년 빈도에서 1지점, RCP 8.5 시나리오가 적용된 100년 빈도에서 88지점, 500년 빈도에서 125지점이 잠재적인 치수 위험이 있는 것으로 파악되었다. 기존의 1차원 연구결과와는 차이가 있는 부분은, 다수의 취약지구가 만곡부 또는 합류부 인근에 위치한 것이다. 향후 이러한 상대적인 치수 취약지점에 대해 정밀하고 국부적인 연구를 수행하여 정확한 홍수위 예측을 수행해야 할 것이다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.23-60
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• 2016

The major objective of this study was to develop further understanding of 3D nearshore hydrodynamics under a variety of wave and tidal forcing conditions. The main tool used was a comprehensive 3D numerical model - combining the flow module of Delft3D with the WAVE solver of XBeach - of nearshore hydro- and morphodynamics that can simulate flow, sediment transport, and morphological evolution. Surf-swash zone hydrodynamics were modeled using the 3D Navier-Stokes equations, combined with various turbulence models (${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES). Sediment transport and resulting foreshore profile changes were approximated using different sediment transport relations that consider both bed- and suspended-load transport of non-cohesive sediments. The numerical set-up was tested against field data, with good agreement found. Different numerical experiments under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were run to test the model's capability to reproduce 3D flow, wave propagation, sediment transport and morphodynamics in the nearshore at the field scale. The results were interpreted according to existing understanding of surf and swash zone processes. Our numerical experiments confirm that the angle between the crest line of the approaching wave and the shoreline defines the direction and strength of the longshore current, while the longshore current velocity varies across the nearshore zone. The model simulates the undertow, hydraulic cell and rip-current patterns generated by radiation stresses and longshore variability in wave heights. Numerical results show that a non-uniform seabed is crucial for generation of rip currents in the nearshore (when bed slope is uniform, rips are not generated). Increasing the wave height increases the peaks of eddy viscosity and TKE (turbulent kinetic energy), while increasing the tidal amplitude reduces these peaks. Wave and tide interaction has most striking effects on the foreshore profile with the formation of the intertidal bar. High values of eddy viscosity, TKE and wave set-up are spread offshore for coarser grain sizes. Beach profile steepness modifies the nearshore circulation pattern, significantly enhancing the vertical component of the flow. The local recirculation within the longshore current in the inshore region causes a transient offshore shift and strengthening of the longshore current. Overall, the analysis shows that, with reasonable hypotheses, it is possible to simulate the nearshore hydrodynamics subjected to oceanic forcing, consistent with existing understanding of this area. Part II of this work presents 3D nearshore morphodynamics induced by the tides and waves.