• 대한기계학회논문집B
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• 제23권10호
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• pp.1327-1339
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• 1999

Characteristics of two-phase flow and heat transfer were numerically investigated in a submerged gas Injection system. Effects of both the gas flow rate and bubble size were investigated. In addition, heat transfer characteristic and effects of heat transfer were investigated when temperature of the injected gas was different from that of the liquid. The Eulerian approach was used for the formulation of both the continuous and the dispersed phases. The turbulence in the liquid phase was modeled by the use of the standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The interphase friction and heat transfer coefficient were calculated by means of correlations available in the literature. The turbulent dispersion of the phases was modeled by introducing a "dispersion Prandtl number". The plume region and the axial velocities are increased with increases in the gas flow rate and with decreases in the bubble diameter. The turbulent flow field grows stronger with the increases in the gas flow rate and with the decreases in the bubble diameter. In case that the heat transfer between the liquid and the gas is considered, the axial and the radial velocities are decreased in comparison with the case that there is no temperature difference between the liquid and the gas when the temperature of the injected gas is higher than the mean liquid temperature. The results in the present research are of interest in the design and the operation of a wide variety of material and chemical processes.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.347-355
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• 2016

본 연구에서는 격자볼츠만 방법을 기반으로 유체-입자 상호작용에 대한 수치계산을 수행하였다. 유체 유동은 격자볼츠만 방법을 이용하였으며, 유동장 내에서의 고체입자 운동은 계산점(node) 기반의 가상영역으로 간주하여 해석하였다. 유체-입자의 상호작용은 격자볼츠만 방법의 지배방정식에 국부적으로 운동량 교환량을 추가하여 해석하며, 가상영역 내에 위치한 고체입자의 병진 및 회전 운동은 뉴턴 운동 방정식과 오일러(Euler) 방정식을 이용한다. 구성된 상호작용 모델의 유효성을 검증하기 위하여 중립상태에서의 부유 입자운동 및 단 입자의 침강에 대한 수치계산을 수행하였으며, 기존 연구들과의 비교를 통하여 본 연구의 유체-입자 상호작용 모델이 갖는 신뢰성과 효용성을 평가하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권9호
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• pp.817-824
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• 2010

본 연구에서는 개선된 액막 분열 모델을 개발하였고 그에 따른 계산격자 의존성을 고찰하였다. 액막 및 액적 추적을 위해 라그랑지-오일러 액적 추적 모델을 사용하였기 때문에 계산격자의 크기에 한계가 있으므로 매우 작은 격자를 사용하는데 제약을 받는다. 또한 유동장내로의 분사기의 액막 주입 시선회유동이 존재하므로 선회 유동을 정확히 예측하기 위해서는 계산격자가 충분히 작아야 한다. 이러한 상반된 조건으로부터 두 목적을 달성하기 위해 10$\times$10mm부터 0.625$\times$0.625mm까지 다양한 계산격자를 구성하여 수치적 고찰을 수행하였고 가장 효율적인 격자의 크기는 1.25$\times$1.25mm인 것을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권8호
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• pp.775-782
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• 2010

본 연구는 대형 석탄 화력 발전소 탈황설비 내 흡수탑의 성능향상을 위하여 Tray 설치 가능성을 검토하기 위한 연구로 전산 유체역학(CFD) 기법을 이용하여 탈황설비 내 흡수탑의 내부유동을 전산해석 하였다. 흡수탑 내의 Gas와 Slurry의 거동에 대한 사실적 묘사를 위해 Euler-Lagrangian 기법을 이용한 전산해석을 수행하였다. 기존 흡수탑 내에 Tray를 설치함에 따라 탈황설비 내에서 Slurry의 체공시간 증가로 인한 펌프동력 절감과 압력강하 증가로 인한 Fan의 소요동력 증가에 대하여 중점적으로 비교 및 고찰하였다. 그 결과 Tray를 설치함에 따라 흡수탑 내에 Slurry의 체공시간과 배기가스의 압력강하가 증가되는 것을 확인할 수 있었다. 체공시간 증가로 인하여 절약된 동력이 압력강하에 의한 동력 소모량 증가보다 더 큰 것으로 확인되었다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제14권1호
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• pp.68-78
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• 2006

In the past few years, considerable efforts have been directed towards the further development of Urea-SCR(selective catalytic reduction) technique for diesel-driven vehicle. Although urea possesses considerable advantages over Ammonia$(NH_3)$ in terms of toxicity and handling, its necessary decomposition into Ammonia and carbon dioxide complicates the DeNOx process. Moreover, a mobile SCR system has only a short distance between engine exhaust and the catalyst entrance. Hence, this leads to not enough residence times of urea, and therefore evaporation and thermolysis cannot be completed at the catalyst entrance. This may cause high secondary emissions of Ammonia and isocyanic acid from the reducing agent and also leads to the fact that a considerable section of the catalyst may be misused for the purely thermal steps of water evaporation and thermolysis of urea. Hence the key factor to implementation of SCR technology on automobile is fast thermolysis, good mixing of Ammonia and gas, and reducing Ammonia slip. In this context, this study performs three-dimensional numerical simulation of urea injection of heavy-duty diesel engine under various injection pressure, injector locations and number of injector hole. This study employs Eulerian-Lagrangian approach to consider break-up, evaporation and heat and mass-transfer between droplet and exhaust gas with considering thermolysis and the turbulence dispersion effect of droplet. The SCR-monolith brick has been treated as porous medium. The effect of location and number of hole of urea injector on the uniformity of Ammonia concentration distribution and the amount of water at the entrance of SCR-monolith has been examined in detail under various injection pressures. The present results show useful guidelines for the optimum design of urea injector for reducing Ammonia slip and improving DeNOx performance.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제77권4호
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• pp.441-461
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• 2021

Reinforced concrete (RC) columns are crucial in building structures and they are of higher vulnerability to terrorist threat than any other structural elements. Thus it is of great interest and necessity to achieve a comprehensive understanding of the possible responses of RC columns when exposed to high intensive blast loads. The primary objective of this study is to derive analytical formulas to assess vulnerability of RC columns using an advanced numerical modelling approach. This investigation is necessary as the effect of blast loads would be minimal to the RC structure if the explosive charge is located at the safe standoff distance from the main columns in the building and therefore minimizes the chance of disastrous collapse of the RC columns. In the current research, finite element model is developed for RC columns using LS-DYNA program that includes a comprehensive discussion of the material models, element formulation, boundary condition and loading methods. Numerical model is validated to aid in the study of RC column testing against the explosion field test results. Residual capacity of RC column is selected as damage criteria. Intensive investigations using Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) methodology are then implemented to evaluate the influence of scaled distance, column dimension, concrete and steel reinforcement properties and axial load index on the vulnerability of RC columns. The generated empirical formulae can be used by the designers to predict a damage degree of new column design when consider explosive loads. With an extensive knowledge on the vulnerability assessment of RC structures under blast explosion, advancement to the convention design of structural elements can be achieved to improve the column survivability, while reducing the lethality of explosive attack and in turn providing a safer environment for the public.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2020년도 학술발표회
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• pp.149-149
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• 2020

하천에서 물 흐름이 보와 댐과 같은 수공구조물을 지날 때 일반적으로 흐름상태에 다양하고 급진적인 변화가 발생한다. 특히 흐름이 구조물을 지나면서 사류(supercritical flow)로 변하고 다시 상류(subcritical flow)로 복원되면서 일어나는 도수(hydraulic jump) 현상은 수위의 급변화, 흐름 에너지 소산, 변동성이 강한 압력 분포 등이 특징이다. 이러한 흐름 특성들은 보나 여수로와 같은 수공구조물 자체의 성능뿐만 아니라 이들 수공구조물의 하류에서 발생하는 국부세굴로 인해 구조물의 안정성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 수공구조물을 설계할 때는 이들 구조물을 통과하는 흐름의 비정상 난류 흐름 특성을 정확하게 해석하여 반영하여야 한다. 이 연구에서는 k-omega SST 난류 모형과 자유수면의 급격한 변동을 해석하기 위한 하이브리드-VOF(hybrid volume of fluid)기법을 이용하여 도수현상을 수치적으로 재현하고자 한다. 기존 CFD(computational fluid Dynamics) 모델링에서는 자유수면 변동의 영향을 고려하기 위해 VOF 기법을 많이 사용하였다. 하지면 전통적인 VOF 기법은 다상흐름(multiphase flow)을 오직 부피분율(volume fraction)의 함수로만 고려하며 모의함으로써 강한 수면변동뿐만 아니라 공기연행(air entrainment)를 동반하는 난류 흐름을 모의하는데는 한계가 있다. 이 연구에서 이용하는 Eulerian 기법인 하이브리드 VOF 기법은 물과 공기의 각 상에 대하여 흐름 특성들을 개별적으로 계산하기 때문에 공기연행을 포함한 급변류 흐름에서 전통적인 VOF 기법보다 적용성이 우수하다. 이와 같은 난류모형과 자유수면 포착기법을 이용하여 3차원 비정상 난류 흐름 수치모형을 구축하여 수공구조물 주변에서 발생하는 강한 공기연행과 난류 특성를 보이는 급변류를 수치적으로 재현한다. 이 연구는 계산된 수치해석 결과를 기존 수리실험 결과와 비교하여 수치모형의 적용성을 평가하고 도수 현상에서 발생하는 독특한 흐름 특성을 제시한다.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제50권5호
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• pp.665-672
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• 2018

A venturi scrubber is an important element of Filtered Containment Venting System (FCVS) for the removal of aerosols in contaminated air. The present work involves computational fluid dynamics (CFD) study of dust particle removal efficiency of a venturi scrubber operating in self-priming mode using ANSYS CFX. Titanium oxide ($TiO_2$) particles having sizes of 1 micron have been taken as dust particles. CFD methodology to simulate the venturi scrubber has been first developed. The cascade atomization and breakup (CAB) model has been used to predict deformation of water droplets, whereas the Eulerian-Lagrangian approach has been used to handle multiphase flow involving air, dust, and water. The developed methodology has been applied to simulate venturi scrubber geometry taken from the literature. Dust particle removal efficiency has been calculated for forced feed operation of venturi scrubber and found to be in good agreement with the results available in the literature. In the second part, venturi scrubber along with a tank has been modeled in CFX, and transient simulations have been performed to study self-priming phenomenon. Self-priming has been observed by plotting the velocity vector fields of water. Suction of water in the venturi scrubber occurred due to the difference between static pressure in the venturi scrubber and the hydrostatic pressure of water inside the tank. Dust particle removal efficiency has been calculated for inlet air velocities of 1 m/s and 3 m/s. It has been observed that removal efficiency is higher in case of higher inlet air velocity.

• 한국해양공학회지
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• 제32권6호
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• pp.447-457
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• 2018

In this study, a two-dimensional fully nonlinear transient wave numerical tank was developed using a desingularized indirect boundary integral equation method. The desingularized indirect boundary integral equation method is simpler and faster than the conventional boundary element method because special treatment is not required to compute the boundary integral. Numerical simulations were carried out in the time domain using the fourth order Runge-Kutta method. A mixed Eulerian-Lagrangian approach was adapted to reconstruct the free surface at each time step. A numerical damping zone was used to minimize the reflective wave in the downstream region. The interpolating method of a Gaussian radial basis function-type artificial neural network was used to calculate the gradient of the free surface elevation without element connectivity. The desingularized indirect boundary integral equation using an isolated point source and radial basis function has no need for information about the element connectivity and is a meshless method that is numerically more flexible. In order to validate the accuracy of the numerical wave tank based on the desingularized indirect boundary integral equation method and meshless technique, several numerical simulations were carried out. First, a comparison with numerical results according to the type of desingularized source was carried out and confirmed that continuous line sources can be replaced by simply isolated sources. In addition, a propagation simulation of a $2^{nd}$-order Stokes wave was carried out and compared with an analytical solution. Finally, simulations of propagating waves in shallow water and propagating waves over a submerged bar were also carried and compared with published data.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.17-24
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• 2020

본 연구에서는 물로 둘러싸인 철근콘크리트 취수탑에 대한 비선형내진해석을 수행하였다. 구조물 주변의 유체를 고려하기 위하여 부가질량 및 CEL을 이용한 유체구조물 상호작용 모델을 구성하였다. 이 때 부가질량모델은 음해법을 사용하였고 유체구조물 상호작용 모델은 양해법을 사용하였다. 입력운동은 동일한 인공지진을 재현주기에 따라 500년, 1000년, 2400년에 해당하도록 크기를 조절하였다. 유체를 고려한 모델의 보수성을 평가하기 위하여 유체를 고려하지 않은 모델을 구성하여 참조해로 삼았다. 콘크리트와 철근의 재료모델은 항복후의 비선형 거동을 고려할 수 있도록 선정하였고 ABAQUS를 이용하여 해석을 수행하였다. 해석결과 얻어진 구조물의 가속도응답스펙트럼을 비교한 결과 주변 유체의 영향은 구조물의 기본 진동수에 해당하는 첨두의 진동수와 첨두값의 크기를 감소시키는 것으로 나타났다. 하지만 부가 질량 모델에서는 고차 진동수에 해당하는 첨두값에는 영향을 미치지 못하였다. 유체의 영향을 고려한 단면모멘트는 부가질량모델의 경우 참조 모델의 응답에 비하여 크게 증가하였다. 특히 선형거동이 지배적인 작은 크기의 지진응답에 대해서 이러한 증폭이 크게 발생하였다. 유체구조물 상호작용 모델의 경우 낮은 진동수성분을 가진 단면모멘트는 참조모델의 응답에 비하여 증폭이 발생하나, 높은 진동수 성분을 단면 모멘트는 증폭이 발생하지 않았다. 이러한 결과를 종합하여 볼 때 부가질량모델의 보수성이 유체구조물상호작용 모델이 비해 큰 것으로 평가되었다.