• 한국음향학회지
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• 제37권5호
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• pp.263-270
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• 2018

외부 유동소음 문제를 다루는 대부분의 산업현장에서 FW-H(Ffowcs Williams and Hawkings) 방정식을 이용한 복합전산공력음향 기법이 수치적인 효율성으로 인하여 널리 사용되고 있다. 그러나 사중극자항을 무시한 면적분 형태의 FW-H 방정식을 사용할 때 경우에 따라 무시할 수 없는 비물리적인 소음이 발생한다고 알려져 있다. 특히, 수중 프로펠러와 같이 날개 끝 와류 공동(tip vortex cavitation)이 하류방향으로 길게 형성되는 유동에 대해서는 적절하게 모델링하지 않으면 소음 예측의 정확도가 떨어지게 된다. 따라서 본 연구에서는 사중극자 보정항을 추가하여 적분면에서 FW-H 방정식으로부터 발생하는 비물리적인 음향을 저감시키고자 하였다. 먼저 FW-H 방정식에 기초하여 개발한 내부 예측코드의 정확성을 확인하기 위하여 에어컨 실외기에 사용되는 축류팬을 대상으로 검증을 수행하였으며, ANSYS Fluent의 결과와 비교하여 잘 일치하는 것을 확인하였다. 사중극자 보정항의 효과를 확인하기 위하여 등엔트로피 와류 전파에 대한 소음 해석을 수행하였으며, 사중극자 보정항에 의한 오차의 저감 효과가 발생하는 것을 확인하였다. 마지막으로 Clark-Y 수중익형에서 발생하는 공동 유동장을 대상으로 소음 해석을 수행하였으며, 공동이적분면을 통과할 때 발생하는 오차를 사중극자 보정항을 이용하여 저감할 수 있다는 것을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권9호
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• pp.69-76
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• 2018

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 필름 냉각에서 45도 리브가 있는 냉각채널의 필름 홀 위치가 블레이드의 표면냉각 성능에 미치는 영향을 전산유체해석 기법을 통하여 분석하였다. 또한 냉각채널의 리브 유무의 영향을 동일 분사율에 대해서 고찰하였다. 수치해석 도메인은 3차원으로 구성하였고 상용코드(Fluent ver. 17.0)를 사용하여 정상상태 조건 하에서 수치해석을 진행하였다. 그 결과를 바탕으로 블레이드 표면에서의 냉각효율, 유속, 유선, 압력 계수를 비교 분석하였고 홀 위치의 변화가 리브 구조에 의해 유발되는 이차 유동의 토출에 미치는 영향을 고찰하였다. 수치해석 결과로부터 리브가 설치되어 있는 경우 냉각채널의 내부유동은 상부에서 반시계 방향 및 하부에서 시계 방향의 와류쌍을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 리브가 있는 채널의 경우 리브에 의하여 발생한 와류유동이 홀 출구 부근에서 더 높은 압력 차이를 유발하여 리브가 없는 경우보다 최소 12% 이상의 높은 냉각 효율을 나타냈다. 또한 리브가 있는 채널 중에서 홀이 좌측에 위치한 경우(Rib-Left) 리브에 의하여 발생한 이차 유동이 홀 부근의 벽면에 부딪혀 홀 경사각 방향으로의 유동이 형성되는 것을 확인하였다. 블레이드 표면으로 토출된 냉각기체가 주 유동 경계층 내부에서 머무는 영역이 다른 케이스에 비하여 넓기 때문인 것으로 사료된다. 또한 이 경우 홀 출구 부근에서 가장 큰 압력 계수 차이를 나타내었고 이로 인하여 냉각기체의 토출이 촉진되어 냉각효율이 다소 증가하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권4호
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• pp.419-425
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• 2014

본 연구는 격자수, 첫 번째 격자까지의 거리($Y_P+$), 난류모델 그리고 이산화 방법에 따른 해의 변화량을 조사하였다. 대상선박은 KVLCC이며, 격자구성과 유동해석은 상용코드인 Gridgen V15와 FLUENT를 사용하였다. 검토는 2가지 파트로 나누어서 수행하였다. 첫 번째 파트는 격자수, 난류모델 그리고 이산화 방법의 조합에 따른 해의 영향성을 평가하였다. 두 번째 파트는 적합한 $Y_P+$ 선정에 초점을 두었다. 격자수와 이산화 방법이 동일한 경우 마찰저항은 난류모델에 따라 약 1 % 내에서 차이를 보였으나, 압력저항은 약 9 %의 큰 차이를 보였다. $Y_P+$와 이산화 방법이 동일한 경우 $Y_P+$를 30과 50으로 설정하였을 때 마찰저항은 난류모델에 따라 약 1 % 내에서 차이를 보였으나, 100에서는 약 3 % 차이를 보였다. 반면, 압력저항은 $Y_P+$값에 무관하게 난류모델에 따라 약 10 % 차이를 보였다. 난류모델과 이산화 방법이 동일한 경우 격자 수 변화 따라 마찰저항, 압력저항 그리고 전 저항 모두 큰 차이를 보이지 않았다. 난류모델과 이산화 방법이 동일한 경우 $Y_P+$의 변화에 따라 마찰저항은 5~8 %의 큰 차이를 보였고, 압력저항은 큰 차이를 보이지 않았다.

• 한국가스학회지
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• 제19권5호
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• pp.69-74
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• 2015

본 연구의 목적은 촉매가 삽입된 단일 개질관 내 가스의 주입 속도와 버너의 고온공기 주입온도에 따른 3차원 전산 유체 해석(Fluent ver. 16.1)을 수행하여, 열유동 및 화학반응 특성을 파악하는 것이다. 개질관 내부 촉매는 니크롬 재질의 다공성 영역으로 가정하였다. 메탄-수증기 개질반응은 1000 K 이상의 고온 환경에서 작동하므로 전도, 대류 및 복사를 고려한 복합열전달을 해석했다. 수소 개질량을 비교하기 위한 두 개의 레이놀즈 수는 49,000과 88,000이고, 레이놀즈 수가 88,000인 경우, 고온공기의 온도를 각각 1100 K, 1200 K 및 1300 K로 설정하였다. 수치해석 결과, 레이놀즈 수가 낮을 경우 개질관 내부의 온도가 상승하였으며, 수소 개질량도 증가하였다. 레이놀즈 수가 높을수록 상대적으로 온도가 낮은 가스의 대류 열전달량이 증가하여 개질관 내의 온도는 낮아져 수소 개질량은 감소한다. 그리고 고온 공기의 온도가 높을수록 개질관 내부의 온도가 증가하므로, 수소 개질량도 증가한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.126-132
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• 2016

본 연구는 전산유체역학 기법을 이용하여 수소 생산 플랜트의 개질 튜브 공정가스와 버너 가스 온도에 따른 화학반응과 열변형 특성을 분석한다. 개질로 내부의 온도는 약 800 K 내지 1000 K 이상으로 고온으로 유지되기 때문에 튜브의 열변형 문제가 심각하게 발생할 수 있다. 따라서 개질로의 구조건전성을 평가하고 안정된 생산력을 가진 장비를 운영하기 위해서 반응과 열변형 특성에 대한 이해는 필수적이다. 본 연구는 상용 전산해석 코드(ANSYS Fluent/Mechanical V.13.0)를 사용하여, 대류, 전도 및 복사 열전달을 포함한 복합 열전달과 난류유동을 3차원적으로 해석하였다. 특히, 열유동 특성에 따른 연성해석(Fluid-Solid Interaction: FSI)를 수행하였으며 고온 버너가스와 공정가스 운전조건에 따른 반응 특성과 열변형 변화를 분석하였다. 수치해석 결과, 개질 공정가스와 버너 가스의 주입온도가 각각 200 K 감소하면, 수소생성량은 최대 약 4 배, 최소 약 2 배 감소한다. 또한, 공정가스와 버너 가스의 주입온도에 따라 열변형은 최대 약 20%, 최소 약 15% 감소한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권4호
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• pp.118-124
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• 2017

본 연구에서는 상용코드인 Fluent(v.17.1)을 사용하여 수치해석을 진행하였으며, 지하복합발전 플랜트의 형상을 단순화하여 파공 크기 및 파공 위치에 따른 가스 누출에 관한 해석을 진행하였다. 누출 가스는 메탄으로 설정하였다. 파공 크기는 10 mm, 20 mm로 설정하였으며, 파공 위치는 파이프 엘보우 부근, 가스터빈 부근에서 가스가 누출될 경우로 가정하여, 총 4가지 Case에 대해 비교 및 분석을 진행하였다. 가스 누출을 분석하기 위해 연소 하한계의 개념을 바탕으로 누출 거리를 정의하여 종 방향, 횡 방향으로의 거리를 추정하여 정량적으로 분석하였다. 결과적으로 동일 위치에서 파공 크기에 따라 누출거리가 최대 52.3 %의 차이를 보이며 종 방향의 누출 거리가 달라지는 것을 알 수 있었다. 그리고 동일 파공 크기일 때, 파공 위치에 따라 최대 34.8 %의 차이를 보이며 가스의 확산 경향이 달라지게 된다. 공기보다 가벼워 부력의 영향으로 상승하던 가스가 장애물로 인해 수평방향으로 확산이 제한되어 장애물이 없는 경우보다 재순환이 빨라지게 된다. 따라서 종 방향 누출거리와 횡 방향 누출거리가 파공 크기 및 파공 위치에 따라 다른 성장 거동을 보인다. 이와 같은 결과는 지하 복합발전 플랜트와 같은 밀폐공간에서 가스 센서의 위치 및 개수를 최적화 하는데 유용한 데이터가 될 것으로 보인다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제14권1호
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• pp.30-45
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• 2013

The present work focuses on the unsteady aerodynamics and aeroelastic properties of a small-medium sized wind-turbine blade operating under ideal conditions. A tapered/twisted blade representative of commercial blades used in an experiment setup at the National Renewable Energy Laboratory is considered. The aerodynamic loads are computed using Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. For this purpose, FLUENT$^{(R)}$, a commercial finite-volume code that solves the Navier-Stokes and the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations, is used. Turbulence effects in the 2D simulations are modeled using the Wilcox k-w model for validation of the CFD approach. For the 3D aerodynamic simulations, in a first approximation, and considering that the intent is to present a methodology and workflow philosophy more than highly accurate turbulent simulations, the unsteady laminar Navier-Stokes equations were used to determine the unsteady loads acting on the blades. Five different blade pitch angles were considered and their aerodynamic performance compared. The structural dynamics of the flexible wind-turbine blade undergoing significant elastic displacements has been described by a nonlinear flap-lag-torsion slender-beam differential model. The aerodynamic quasi-steady forcing terms needed for the aeroelastic governing equations have been predicted through a strip-theory based on a simple 2D model, and the pertinent aerodynamic coefficients and the distribution over the blade span of the induced velocity derived using CFD. The resulting unsteady hub loads are achieved by a first space integration of the aeroelastic equations by applying the Galerkin's approach and by a time integration using a harmonic balance scheme. Comparison among two- and three- dimensional computations for the unsteady aerodynamic load, the flap, lag and torsional deflections, forces and moments are presented in the paper. Results, discussions and pertinent conclusions are outlined.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권3호
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• pp.44-51
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• 2014

Considering the importance of the detailed resolution of the reacting flow field inside a gasifier, the objective of this study lies on to investigate the effect of important variables to influence on the reacting flow and thereby to clarify the physical feature occurring inside the gasifier using a comprehensive gasifier computer program. Thus, in this study the gasification process of a 1.0 ton/day gasifier are numerically modeled using the Fluent code. And parametric investigation has been made in terms of swirl intensity and aspect ratio of the gasifier. Doing this, special attention is given on the detailed change of the reacting flow field inside a gasifier especially with the change of this kind of design and operation parameters. Based on this study, a number of useful conclusions can be drawn in the view of flow pattern inside gasifier together with the consequence of the gasification process caused by the change of the flow pattern. Especially, swirl effect gives rise to a feature of a central delayed recirculation zone, which is different from the typical strong central recirculation appeared near the inlet nozzle. The delayed feature of central recirculation appearance could be explained by the increased axial momentum due to the substantial amount of the presence of the coal slurry occupying over the entire gasifier in gasification process. Further, the changes of flow pattern are explained in detail with the gasifier aspect ratio. In general, the results obtained are physically acceptable in parametric study.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권10호
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• pp.1464-1471
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• 2003

In order to investigate the flows with shock wave in branch, 108$^{\circ}$ elbow and T-junction of the IRWST system of standard Korean nuclear reactor, detail time dependent behaviors of unsteady flow with shock wave, vortex and so on are obtained by numerical method using compressible three-dimensional Navier-Stokes equations. At first, the complex flow including the incident and reflected shock waves, vortex and expansion waves which are generated at the corner of T-junction is calculated by the commercial code of FLUENT6 and is compared with the experimental result to obtain the validation of numerical method. Then the flow fields in above mentioned units are analyzed by numerical method of [mite volume method. In numerical analysis, the distributions of flow properties with the moving of shock wave and the forces acting on the wall of each unit which can be used to calculate the size of supporting structure in future are calculated specially. It is found that the initial shock wave of normal type is re-established its type from an oblique one having the same strength of the initial shock wave at the 4 times hydraulic diameters of downstream from the branch point of each unit. Finally, it is turned out that the maximum force acting on the pipe wall becomes in order of the T-junction, 108$^{\circ}$ elbow and branch in magnitude, respectively.

• International Journal of Fluid Machinery and Systems
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• 제4권3호
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• pp.317-323
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• 2011

Mini centrifugal pumps having a diameter smaller than 100mm are employed in many fields; automobile radiator pump, ventricular assist pump, cooling pump for electric devices and so on. Further, the needs for mini centrifugal pumps would become larger with the increase of the application of it for electrical machines. It is desirable that the mini centrifugal pump design be as simple as possible as precise manufacturing is required. But the design method for the mini centrifugal pump is not established because the internal flow condition for these small-sized fluid machines is not clarified and conventional theory is not suitable for small-sized pumps. Therefore, we started research on the mini centrifugal pump for the purpose of development of high performance mini centrifugal pumps with simple structure. Three types of rotors with different outlet angles are prepared for an experiment. The performance tests are conducted with these rotors in order to investigate the effect of the outlet angle on performance and internal flow condition of mini centrifugal pumps. In addition to that, the blade thickness is changed because blockage effect in the mini centrifugal pump becomes relatively larger than that of conventional pumps. On the other hand, a three dimensional steady numerical flow analysis is conducted with the commercial code (ANSYS-Fluent) to investigate the internal flow condition. It is clarified from the experimental results that head of the mini centrifugal pump increases according to the increase of the blade outlet angle and the decrease of the blade thickness. In the present paper, the performance of the mini centrifugal pump is shown and the internal flow condition is clarified with the results of the experiment and the numerical flow analysis. Furthermore, the effects of the blade outlet angle and the blade thickness on the performance are investigated and the internal flow of each type of rotor is clarified by the numerical analysis results.