• Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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• v.42 no.6 s.144
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• pp.619-630
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• 2005

A two-frame PIV (Particle Image Velocimetry) technique is used to investigate the wake characteristics behind a marine propeller with 4 blades at high Reynolds number. For each of 9 different blade phases from $ 0^{\circ} $ to $ 80^{\circ} $, one hundred and fifty instantaneous velocity fields are measured. They are ensemble averaged to study the spatial evolution of the propeller wake in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter (D) downstream location. The phase-averaged mean velocity shows that the trailing vorticity is related to radial velocity jump, and the viscous wake is affected by boundary layers developed on the blade surfaces and centrifugal force. Both Galilean decomposition method and vortex identification method using swirling strength calculation are very useful for the study of vortex behaviors En the propeller wake legion. The slipstream contraction occurs in the near-wake region up to about X/D : 0.53 downstream. Thereafter, unstable oscillation occurs because of the reduction of interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point.

• Journal of Navigation and Port Research
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• v.32 no.10
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• pp.771-776
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• 2008

The main purpose in having a control surface on a ship is to control the motion of it. It is the important element to determine the maneuvering characteristics of the ship. In this paper, the measured results has been compared with each other to predict the performance characteristics of flapped rudder's 2-dimensional section at $Re=3.0{\times}10^4$ using 2-frame grey level cross correlation PIV method. The side force of the rudder could be mainly improved by the lift force at 10 degrees angle of attack and the drag force at 20 degrees angle of attack. The separation point and boundary layer could be controlled by the change of the only flap's angle at 10 degrees angle of attack.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.15 no.3
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• pp.6-10
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• 2011

Experimental studies were carried out to investigate the effects on flame propagation of gasoline-air mixtures by different electrostatic discharge energies in a cylindrical chamber. Three different ignition energies were used: 1 mJ, 50 mJ and 98 mJ. In this work, a high-speed particle image velocimetry technique was applied to visualize the flow-field around ignition electrodes. It was found that as the ignition energy increased, the ignition kernel was different. The different ignition kernel caused different flame initiation. During the flame initiation, the higher ignition energy was applied, the higher flame speed was observed. However, with increasing time, the flame speeds were independent of the ignition energies used. Theses observed flame behaviors were similar to computational simulations shown in the literature. It was also found that as the ignition energies increased, the velocities of unburnt mixtures ahead of propagating flame fronts increased.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.72-72
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• 2015

최근 이상기후로 집중호우와 강우패턴이 변화하고 있다. 하지만 변화하는 환경을 고려하지 않은 내배수시설 설계로 내수 침수 피해가 증가하여 인명 및 재산 피해가 급증하고 있다. 이에 도시지역의 내수침수에 대한 대책으로 재내지의 초과 우수를 하천으로 강제 배수시키기 위한 빗물펌프장의 역할이 점점 중요해지고 있다. 도심지역의 집중호우에 대응하기 위해서는 빗물펌프장의 목표 배수량을 실제 배수할 수 있는지에 대한 여부가 도시지역의 내수침수를 효율적으로 방어하는데 있어 중요한 요소가 될 것이다. 하지만 현재 빗물펌프장의 설계 시 펌프 흡입부 내 흐름특성을 고려하지 못하고 있어 펌프의 효율에 대한 불확실성이 큰 것이 사실이다. 따라서 펌프 가동 시 흡입부 주변의 흐름특성에 대한 연구가 필요하다. 기존 펌프 흡입부의 실험적 연구에서는 색소를 이용한 vortex의 생성 위치 및 경향을 정성적으로 파악하거나 ADV등의 유속계를 이용하여 흡입부 주변의 흐름특성을 지점별로 분석하는 연구들이 수행되었다. 하지만 빗물펌프장의 펌프 흡입부 주변의 흐름은 펌프 가동에 따라 매우 복잡한 와류가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위해서는 정량적인 유속장 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 비접촉식 유속 측정이 가능하고 유속장 측정이 가능하다는 장점을 갖고 있는 입자영상유속계(PIV: Particle Image Velocimetry)를 이용하여 펌프 흡입부 주변의 흐름특성을 분석하였다. 펌프 흡입부의 흐름특성을 분석한 결과 흡입관 내 유속분포의 편중 현상에 접근유속의 영향이 큰 것으로 나타났다. 또한 흡입유속에 비해 접근유속이 빠른 경우 흡입관 내 유속분포는 상류측에서 횡방향 와류가 발생하여 흡입에 방해가 되는 것을 확인하였고, 하류측으로는 흡입 방향으로 유속이 발생하는 것으로 나타났다. 따라서 향후 펌프 흡입관내 상류측부분의 와류를 감소시키기 위한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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• pp.73-73
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• 2017

최근 기후변화에 따른 집중호우로 도시홍수의 피해가 급격히 증가하고 있다. 특히 인구가 밀집하고 교통량이 많은 대도시의 경우 동일한 호우에 대하여 녹지나 농경지 등에 비해 그 피해가 더 심각하다. 일반적으로 홍수 피해의 직접원인은 외수로 인한 피해와 내수로 인한 피해로 크게 구분할 수 있다. 외수피해는 주로 소하천 및 지천의 범람, 제방의 붕괴 등으로 발생한 것이며 내수피해는 배수로, 하수도 및 펌프장의 내수배제능력 부족이 주된 원인이다. 따라서 도시홍수를 효과적으로 방어하기 위해서는 우선적으로 내배수시설의 성능개선이 선행되어야 할 필요가 있다. 이러한 내배수 시설 중 빗물펌프장은 흡수조로 우수를 유도한 후 펌프를 이용하여 하천으로 배수하고 있다. 우수를 원활히 하천으로 배수하기 위해서는 흡수조 내 흐름이 안정적으로 형성되어야 한다. 하지만 갑작스런 폭우 등으로 인하여 우수가 짧은 시간에 집중될 경우 흡수조 내에서 빠른 유속과 불규칙한 흐름이 발생하여 와류가 생성된다. 이러한 와류는 펌프 입구로 공기를 유입시켜 효율 저하의 원인이 되며, 공동현상을 발생시켜 펌프의 손상을 초래하기도 한다. 따라서 와류발생 저감장치(Anti-Vortex Device)를 설치하여 와류의 생성을 억제하고자 하는 연구들이 수행되었으며, 그 결과 다양한 형태의 와류발생 저감장치가 소개되었다. 하지만 와류발생 저감장치의 명확한 설계기준이 제시되어 있지 않으며, 와류발생 저감장치를 설치하였을 때 효율이 얼마만큼 증가하는가에 대한 실험적인 자료가 제시되어 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 원뿔 형태의 와류발생 저감장치 설치 전 후의 흐름특성을 분석하여 원뿔형태의 와류발생 저감장치가 흐름안정에 얼마나 효과가 있는지를 확인하기 위하여 PIV(Particle Image Velocimetry) 기법을 이용한 유속분포와 와도를 분석하여 흐름 안정 효과를 정량적으로 검토하였다. 그 결과 와류 발생을 저감할 수 있었으며, 정량적으로 와도가 감소하여 펌프 흡입량이 증가됨을 확인하였다. 향후 추가적으로 다양한 형태의 와류발생 저감장치에 대한 효과를 검토한다면 최적의 펌프 흡수조 설계에 도움이 될 것으로 기대한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.303-303
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• 2023

실용적인 표면영상유속계를 만들기 위해서는 적절한 하드웨어와 소프트웨어로 시스템을 구성해야 한다. 이를 위해서 본 연구에서는 하드웨어로 CCTV를 선택하고, 초음파 수위계를 이용하여 수위를 지속적으로 읽어들이도록 구성하였다. 한편, 소프트웨어적으로는 11변수 투영법을 적용하여 변화하는 수위에 따라 정확한 측정점을 재구성하도록 하고, 아울러 각 측정점에서 주흐름방향으로 정확한 시공간영상을 작성하고, 이 시공간영상(spatio-temporal image)들을 분석하였다. 그결과, 5분 간격으로 촬영된 1분 길이의 영상을 지속적으로 촬영하고 분석하여 유량을 산정하는 표면영상유속계측 시스템을 구축하였다. 본고에서는 이러한 소프트웨어 개선방향중 하나인 주흐름방향의 시공간영상 작성법을 소개한다. 먼저, 11변수 투영법을 이용하여 하천의 표면영상에 대한 좌표변환계수를 산정하였다. 그리고 이 좌표변환계수를 이용하여, 하천의 수위변화에 따라 표면영상내의 측정점이 적절히 수정될 수 있도록 하였다. 그 다음 이 측정점에서 측정횡단면과 수직이 되는 방향을 선정하고, 이 방향이 영상내에서 하천 측정횡단면과 수직인 방향, 즉 주흐름방향이 되도록 하였다. 촬영된 1분간의 동영상의 각 측정점 위치에서 잘라낸 시공간체적(spatio-temporal image volume)에서 주흐름방향의 시공간영상을 잘라내고 이를 상호상관법이나 고속푸리에변환을 이용하여 분석하였다. 이 때 만들어진 시공간영상은 주흐름방향과 정확하게 일치하여, 기존의 표면영상유속계의 문제이던, 일부 측정점의 유속벡터가 주흐름방향과 일치하지 않던 문제를 해결할 수 있었다. 개발된 방법으로 표면영상유속계를 제작하여 인수천에 시험 설치하고 호우 사상에 대해 검토한 결과 정확하고 신속하며 연속적인 유량측정이 가능하였다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.324-324
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• 2023

수제는 비용 대비 높은 효율을 가지는 수공 구조물로 하천과 해안에 많이 이용된다. 수제는 하천에서 식생물의 서식처, 유량 확보, 하천시설 보호 등의 목적으로 설치되며 해안에서는 해안선보호, 수심 확보 등의 다양한 목적으로 설치된다. 수제는 일반적으로 넓은 영역을 제어할 수 있도록 여러개의 군수제 형태로 설치한다. 수제설치 시 기존 하도나 수로의 흐름에 교란이 일어나는데 본류부에서는 하폭이 좁아져 수제선단부에 의한 영향으로 높은 유속이 발생되며 수제역내에서는 재순환흐름과 함께 다양한 형태의 유속분포가 형성된다. 이러한 수제에 의한 흐름은 수제 선단부의 영향으로 발생하는 흐름분리선(Separation Layer)을 기준으로 흐름중심선(Talweg Line)과 흐름분리영역(Separation area)을 만들어내며 수제역내의 재순환영역에서 완화된 유속은 제방을 침식으로부터 보호하며 식생물의 서식처를 제공한다. 기존의 연구는 대부분 단일수제에 대한 연구가 수행되었으며 연속된 군수제에 대한 연구는 다소 제한된 조건에서 수행되었다. 이에 본 연구에서는 연속된 수제가 설치된 경우 수리실험을 통해 수제주변의 흐름 변화 특성을 분석하였다. 수리실험은 30.0m(L')×1.52m(B')×1.10m(H')의 직선 개수로에 050m(l)×0.10m(b)×0.25m(h)의 수제를 수로측면을 따라 연속적으로 배열하여 설치하였다. 실험은 수심, 유량, 수제설치간격을 변화시키면서 수행했으며 마그네틱유속계를 사용해서 수제의 영향을 받지 않으며 벽면의 영향이 가장 적은 수로상류의 중앙지점에서 접근유속을 측정했다. 표면유속을 취득하기 위해 일반디지털카메라로 FHD(1920×1080) 해상도를 가진 영상을 각각의 조건마다 10~20분 촬영했다. 촬영된 영상을 연속된 정지영상으로 변환하고 영상해석 프로그램을 이용하여 표면유속을 도출했다. 표면영상유속계를 활용하여 도출한 결과로 각각 조건에 따라 발생하는 최대유속과 최대역방향유속, 와도(vorticity), 흐름중심선과 단면유속분포의 변화와 발생 위치를 분석했다.

• Resources Recycling
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• v.32 no.2
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• pp.33-42
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• 2023

Metal emulsions have been studied for several decades as a method of increasing the efficiency of the steelmaking process. This study was performed using a water model, observable at room temperature, to compensate for the disadvantages of the high-temperature experiment, the results of which are difficult to observe visually. As a substitute for metal-in-slag emulsions, experiments were conducted by dropping distilled water into silicone oil and comparing the results with the results of a calculation by momentum balance equations. The descending velocity of the water droplet decreased as the diameter of the droplet and viscosity of the fluid (silicon oil) increased. To simulate the descending velocity of a water droplet in silicon oil under stirring conditions, the flow rate of the fluid (silicon oil) was measured by particle image velocimetry (PIV) methods. The calculation of the descending velocity of the water droplet was in good agreement with the measured values, with and without stirring a viscous silicone oil.

• The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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• v.15 no.1
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• pp.41-50
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• 2010

We have developed an in-situ benthic chamber (BelcI) for use in coastal studies that can be deployed from a small boat. It is expected that BelcI will be useful in studying the benthic boundary layer because of its flexibility. BelcI is divided into three main areas: 1) frame and body chamber, 2) water sampler, and 3) stirring devices, electric controller, and data acquisition technology. To maximize in-situ use, the frame is constructed from two layers that consist of square cells. All electronic parts (motor controller, pA meter, data acquisition, etc.) are low-power consumers so that the external power supply can be safely removed from the system. The hydrodynamics of BelcI, measured by PIV (particle image velocimetry), show a typical "radial-flow impeller" pattern. Mixing time of water in the chamber is about 30 s, and shear velocity ($u^*$) near the bottom layer was calculated at $0.32\;cm\;s^{-1}$. Measurements of diffusivity boundary layer thickness showed a range of $180-230\;{\mu}m$. Sediment oxygen consumption rate, measured in-situ，was $84\;mmol\;O_2\;m^{-2}\;d_{-1}$, more than two times higher than on-board incubation results. Benthic fluxes assessed from in-situ incubation were estimated as follows: nitrate + nitrite = $0.18\;{\pm}\;0.07\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$ ammonium $23\;{\pm}\;1\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$ phosphate = $0.09\;{\pm}\;0.02\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$ and silicate = $23\;{\pm}\;1\;mmol\;m^{-2}\;d^{-1}$.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.9
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• pp.751-759
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• 2015

In this study, we investigate the Characteristics of the flowfields of a circular cylinder having a small triangular prism at the upstream side. We measure the fluid force on the circular cylinder and obtain a visualization of the flow fields using particle image velocimetry (PIV). The experimental parameters employed were the width ratios (H/B = 0.2~0.6) of the triangular prisms to the circular cylinder's diameter, and the gap ratios (G/B = 0~3) between the circular cylinder and the triangular prism. We observed that the drag reduction rate and Strouhal number of the circular cylinder increased and then decreased with G/B in the case of the same H/B. The drag reduction rate increased with H/B in the case of the same G/B. In the case where the circular cylinder had a small triangular prism, the stagnation regions were represented in the upstream and downstream sides of the circular cylinder.