• Wind and Structures
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• 제17권6호
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• pp.647-670
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• 2013

The paper presents a numerical approach to study of fluid flow characteristics and to predict performance of wind turbines. The numerical model is based on Finite-volume method (FVM) discretization of unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. The movement of turbine blades is modeled using moving mesh technique. The turbulence is modeled using commonly used turbulence models: Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ turbulence models. The model is validated with the experimental data over a large range of tip-speed to wind ratio (TSR) and blade pitch angles. In order to demonstrate the use of numerical method as a tool for designing wind turbines, two dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) simulations are carried out to study the flow through a small scale Darrieus type H-rotor Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The flows predictions are used to determine the performance of the turbine. The turbine consists of 3-symmetrical NACA0022 blades. A number of simulations are performed for a range of approaching angles and wind speeds. This numerical study highlights the concerns with the self-starting capabilities of the present VAWT turbine. However results also indicate that self-starting capabilities of the turbine can be increased when the mounted angle of attack of the blades is increased. The 2-D simulations using the presented model can successfully be used at preliminary stage of turbine design to compare performance of the turbine for different design and operating parameters, whereas 3-D studies are preferred for the final design.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 1996년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.58-67
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• 1996

This paper describes some computational results of various energy and environmental systems using Patankar's SIMPLE method. The specific topics handled in this study are jet bubbling reactor for flue gas desulfurization, cyclone-type afterburner for incineration, 200m tall stack for 500 MW electric power generation, double skin and heat storage systems of building energy saving for the utilization of solar heating, finally turbulent combustion systems with liquid droplet or pulverized coal particle. A control-volume based finite-difference method with the power-law scheme is employed for discretization. The pressure-velocity coupling is resolved by the use of the revised version of SIMPLE, that is, SIMPLEC. Reynolds stresses are closed using the standard $k-{\varepsilon}$ and RNG $k-{\varepsilon}$ models. Two-phase turbulent combustion of liquid drop or pulverized coal particle is modeled using locally-homogeneous, gas-phase, eddy breakup model. However simple approximate models are incorporated for the modeling of the second phase slip and retardation of ignition without consideration of any detailed particle behavior. Some important results are presented and discussed in a brief note. Especially, in order to make uniform exit flow for the jet bubbling reactor, a well-designed structure of distributor is needed. Further, the aspect ratio in the double skin system appears to be one of important factors to give rise to the visible change of the induced air flow rate. The computational tool employed in this study, in general, appears as a viable method for the design of various engineering system of interest.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권8호
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• pp.905-910
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• 2013

열교환기의 나선형 튜브에 난류모형을 적용하여 유동해석을 수행하였다. 난류모형은 Spalart-Allmaras과 k-${\varepsilon}$이고 시뮬레이션에는 정렬격자를 적용하였다. 레이놀즈 수 영향을 규명하기 위하여 Navier-Stokes 방정식을 풀어 속도벡터, 압력, 잔차, 마찰계수를 재연하였다. 나선형튜브는 원심력을 증가하여 튜브의 바깥부분에 벽전단 응력을 크게 하였다. 열전도율과 마찰저항의 증가는 곡률에 기인하며 튜브의 내부방향으로는 벽 전단응력이 감소했다. 원심력은 유체의 에너지를 증가시켜서 바깥쪽으로 열전도율을 증가시켰고 이는 내부유동의 압력강하 및 관마찰계수가 상호 밀접한 관계가 있음을 규명하여 주었다. 본 수치결과는 검증을 위하여 타 계산에서 얻어진 마찰계수 결과와 비교하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권9호
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• pp.903-913
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• 2011

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 냉각을 위해 사용되는 막냉각 홀을 대상으로 다양한 형상변수들이 막냉각 효율에 미치는 영향을 평가하기 위한 수치적 연구를 수행하였다. 삼차원 압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes 해석을 수행하였으며, 난류모델로는 shear stress transport 모델이 사용되었다. 해석을 통해 홀의 형상, 측면 방향 분사각, 홀의 주기 및 분사율이 막냉각 효율에 미치는 영향이 평가되었다. 해석결과, 원통형홀의 경우 측면 방향 분사각이 존재할 때 월등히 향상된 막냉각 효율을 보여주었으며, 홴형상 홀의 경우 측면 방향 분사각이 $20^{\circ}{\sim}30^{\circ}$일 때 가장 높은 막냉각 효율을 보여주었다. 또한 홀의 주기의 변화에 따른 성능평가 결과 높은 분사율일 때가 낮은 분사율의 경우보다 홀의 주기에 의존하는 경향을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권7호
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• pp.629-636
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• 2013

공압 부상은 베르누이 원리에 기초한다. 그러나 공압 부상 방법은 제품의 원가 상승의 요인이 되는 대량의 유량을 소모하는 것으로 알려져 있다. 이 논문에서는 베르누이 부상 유동의 통찰력을 얻기 위해 수치 해석 연구를 수행하였다. 3차원 압축성 Navier-Stokes 방정식과 SST k-${\omega}$ 난류모델에 유한 체적법을 적용하여 계산하였다. 기체 유량, 공정 제품의 직경 그리고 원형실린더와 공정 제품사이의 간극을 다양하게 변화하여 공정 제품 주위의 유동 특성을 조사하였다. 그 결과 부상력을 위한 최적의 간극과 공급 기체 유량이 증가하면 큰 부상력이 발생한다는 것을 알았다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제25권9호
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• pp.1183-1192
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• 2001

The numerical simulation has been conducted for the investigation of flow and heat transfer characteristics of an oblique impingement jet injected to a flat plate. The finite volume method was used to discretize the governing equations based on the non-orthogonal coordinate with non-staggered variable arrangement. The $textsc{k}$-$\varepsilon$-ν(sup)'2 turbulence model was employed to consider the consider the anisotropic flow characteristics generated by the impingement jet flow. The predicted results were compared with the experimental data and those of the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ turbulence model. The results of the $textsc{k}$-$\varepsilon$-ν(sup)'2 model showed better agreement with the experimental data than those of the standard $textsc{k}$-$\varepsilon$ model. In order to get the optimum condition, the flow and temperature fields were calculated with a variation of inclined angle($\alpha$=30$^{\circ}$~90$^{\circ}$) and the distance between the jet exit and impingement plate-to-diameter (L/D=4~10) at a fixed Reynolds number(Re=20,000). For a small L/D, the near-peak Nusselt numbers were not significantly effected by the inclined angle. The near-peak Nusselt numbers were not significantly affected by the L/D in the case of a large $\alpha$. The overall shape of the local Nusselt numbers was influenced by both the jet orifice-to-plate spacing and the jet angle.

• 한국수자원학회논문집
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• 제47권12호
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• pp.1177-1185
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• 2014

대경사 수로의 부등류에 대해 적용될 수 있도록 수정된, 새로운 정수압 분포를 제시하였다. 이것을 천수방정식에 적용하여 대경사를 지나는 천수 흐름을 정확하게 해석할 수 있는 유한체적 모형을 개발하였다. 포물선형 융기의 배수에 대해 압력 수정이 고려된 모형에서 바닥 경사 생성항의 영향이 줄어들어 융기의 하류에서 도수의 진행 속도가 크게 감소되었다. 삼각형 턱을 지나는 댐 붕괴 흐름에 대한 모의에서 압력 수정항이 추가된 모형으로 디지털 영상분석에 의한 수면을 압력 수정이 고려되지 않은 경우에 비해 더 잘 포착할 수 있음을 확인하였다. 압력 수정항 덕분에, 턱에 반사되는 흐름은 줄어들고 월류는 늘어 모의 결과가 실험 결과에 잘 부합된다. 따라서 댐의 여수로나 해안의 처오름 등 실용적인 문제에 대한 이 모형의 적용성이 기대된다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.18-18
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• 2010

Methods of the characteristics evaluation of turbo-molecular pumps (TMP) are well-defined in the international measurement standards such as ISO, PNEUROP, DIN, JIS, and AVS. The Vacuum Center in the Korea Research Institute of Standards and Science has recently designed, constructed, and established the integrated characteristics evaluation system of TMPs based on the international documents by continuously pursuing and acquiring the reliable international credibility through measurement perfection. The measurement of TMP pumping speed is normally performed with the throughput and orifice methods dependent on the mass flow regions. However, in the UHV range of the molecular flow region, the high uncertainties of the gauges, mass flow rates, and conductance are too critical to precisely accumulate reliable data. With UHV gauges of uncertainties less than 15% and a calculated conductance of the orifice, about 35% of pumping speed uncertainties are experimentally derived in the pressure range of less than $10^{-6}$ mbar. In order to solve the uncertainty problems of pumping speeds in the UHV range, we introduced an SRG with 1% accuracy and a constant volume flow meter (CVFM) to measure the finite mass flow rates down to $10^{-3}$ mbar-L/s with 3% uncertainty for the throughput method. In this way we have performed the measurement of pumping speed down to less than $10^{-6}$ mbar with an uncertainty of 6% for a 1000 L/s TMP. In this article we suggest that the CVFM has an ability to measure the conductance of the orifice experimentally with flowing the known mass through the orifice chambers, so that we may overcome the discontinuity problem encountering during introducing two measurement methods in one pumping speed evaluation sequence.

• 한국수자원학회논문집
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• 제48권11호
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• pp.957-967
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• 2015

측면 위어의 수위-유량 관계가 알려지지 않더라도, 저류지에 의한 홍수 조절 효과를 평가할 수 있는 2차원 수치모의에 대해 검토하였다. 수치해법으로서 천수방정식에 대해 유한체적법을 적용하고, 흐름률의 정확한 계산을 위해 근사 Riemann 해법을 도입하여 수심적분 2차원 수치모형을 구성하였다. 모의 결과를 수로와 저류지에서 자유월류와 잠긴 흐름이 발생되는 실험실 실험의 결과와 비교하였다. 자유 월류 상태에서 예측된 측면 위어의 유량 계수와 실험에 의한 그것 사이의 차이는 매우 작았다. 또한, 잠긴 흐름에 대한 모의 결과도 측정 결과와 잘 일치하였으며, 그 기구가 잘 재현되었다. 이 연구를 통해 2차원 수치모형으로 측면 위어에 대한 유량 계수를 정확하게 결정할 수 있으며, 저류지에 대한 홍수 방어능력의 검토 또한 상당한 수준의 정확도로 이루어질 수 있음이 확인되었다. 따라서 저류지의 계획, 설계안의 검토, 관리를 위한 기존 저류지의 평가 등에 이 모형의 실용적인 적용이 기대된다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.9-17
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• 2008

A numerical study for three-dimensional laminar flow in the entrance region of helical tubes connected with straight ones is carried out to investigate the effects of Reynolds number, pitch and curvature ratio on the oscillation periods of the flow. The fully elliptic governing equations were solved by means of a finite volume method. The fully developed laminar flow boundary condition was applied at the straight tube inlet. This results cover a curvature ratio range of 1/10${\sim}$1/320, a pitch range of 0.0${\sim}$3.2, and a Reynolds number range of 62.5${\sim}$2000. A comparison is made with previous experimental correlations and numerical data. The developments of velocity, local and average friction factors are discussed. The average friction factors are oscillatory in the entrance region of helical pipes. It has been found that the angle required for the flow to be similarly developed is most affected by the curvature ratio. The pitch and Reynolds number do not have any significant effect on the angle. The characteristic angle ${\phi}_c(={\phi}/sqrt{\delta})$, or the characteristic length to diameter ratio $s_c(=l\sqrt{\delta} cos(atan{\lambda})/d)$, can be useful to represent the development of flow in helical tubes. As the pitch increases and as the curvature ratio and Reynolds number decrease, the amplitude and the number of flow oscillations along the main streamwise direction decrease.