• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제21권4호
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• pp.363-372
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• 2000

벽면운동과 임피던스 페이즈앵글(압력파와 유량파 사이의 시간차)이 벽면전단응력의 크기와 분포에 미치는 영향을 규명하기 위해 맥동유동하에 있는 직선 탄성혈관에서 전산유체해석을 수행하였다. 탄성을 갖는 직선혈관의 경우에는 벽면운동과 임피던스 페이즈앵글을 고려한 섭동해가 존재하는데, 이를 본 연구의 수치해와 비교함으로 수치해의 타당성을 입증하였다. 해석결과, 혈관의 벽면운동으로 인해 축방향 속도분포와 압력구배의 값에 어떤 추가분이 발생하는 것을 관찰하였다. 이러한 추가분에 의해 벽면전단응력(wall shear stress) 및 압력구배(pressure gradient)의 진폭(amplitude: time-varying component)은 감소하고 평균값(mean: time-averaged component)에도 변화를 보였는데 그 변화의 경향은 임피던스 페이즈앵글에 따라 매우 다른 모습을 보였다. 즉, 임피던스 페이즈앵글이 음의 값을 갖게 될 수록 벽면전단응력의 평균은 감소하고 진폭은 증가하는 경향을 보였다. $\pm$4%의 벽면운동이 있는 경우 대동맥에서 임피던스 페이즈앵글의 변화 가능범위인 0$^{\circ}$에서 -90$^{\circ}$로 페이즈 앵글을 감소시켰을 때 벽면전단응력의 평균값은 10.5% 감소하고 진폭은 17.5% 증가하였다. 그러므로 고혈압환자와 같이 음의 큰 페이즈앵글을 갖는 경우 벽면 전단응력의 시간에 따른 변화량(진폭/평균)이 상대적으로 커지므로 low and oscillatory shear stress 이론에 의하면 동맥경화에 더 민감하게 된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2018년도 학술발표회
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• pp.71-71
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• 2018

해상 교통량 증가에 따라 선박 사고로 인한 대형 해양 오염사고가 많이 발생하고 있다. 유조선 충돌에 따른 선체 파공은 원유의 바다 유출을 야기하여 심각한 해양오염을 유발하므로 이러한 사고에 대해서 신속한 방재 대응력이 요구된다. 작은 파공은 목제 플러그를 인위적으로 삽입하여 봉쇄하는 것이 일반적이지만, 대형 파공의 경우 사람이 직접 봉쇄하기에는 어려워 기계적 봉쇄장치 개발이 요구된다. 파공봉쇄 장치 개발을 위해서는 유체의 유출유속을 정확하게 아는 것이 중요하다. 이 연구에서는 2007년 태안 기름유출 사고에서 관측된 초기수심 7.5 m, 직경 30 cm의 파공에 대해서 고해상도 CFD 모델링을 수행하여 수심별 기름 유출 유속의 분포를 계산하였다. 비중 0.85이며, 원유의 온도 $20^{\circ}C-100^{\circ}C$ 조건에 따른 점성계수 $4-12cP(mPa{\cdot}s)$ 조건에서 파공을 통한 원유 유출을 고해상도 모델링한다. 모델링 결과를 분석하여 원유유출에 대한 마찰손실계수와 유량계수의 범위를 레이놀즈수의 함수로 제시한다.

• 대한설비공학회지:설비저널
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• 제17권4호
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• pp.418-425
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• 1988

종래의 전통적인 컴퓨터 프로그램에서는 속도 경계조건만을 처리할 수 있으며, 크린룸에서와 같이 넓은 출입구가 존재하는 실제적인 유동통로에서 이 속도 경계조건을 부여하기 위한 실제 속도의 측정은 간단하지 않다. 그렇다고 경계에서의 속도 분포를 가정하는 것은 물리적으로 타당하지 않는 상황을 의미할 수도 있다. 이러한 동기에서 본 연구에서는 비교적 측정이 쉬운 압력이 경계조건으로 알려졌을 때 공간 내부의 유동을 예측할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 고안하여 문제를 해석하였다. 여기에서의 속도 경계조건은 다만 점착조건과 문제를 확정시키기 위하여 입구에서의 단면 방향 속도를 영으로 둔 것 뿐이다. 본 연구의 결과는 실용적으로 많이 이용되고 있는 간단한 Bernoulli 방정식에 의한 예측치와 비교되었으며 5% 이내의 차이로 정량적인 일치를 보았으며 이로써 본 연구의 타당성을 입증할 수 있었다. 본 연구에서는 유입구와 2개의 유출구에 압력경계조건이 부여된 크린룸 내부의 공기유동을 수치적으로 예측하고자 하였다. 유입구의 정압이 상대적으로 낮은 값을 가지는 왼쪽 유출구의 정압보다 150[Pa] 높은 경우에 왼쪽 유출구의 정압은 고정시키고 오른쪽 유출구의 정압을 0~150[Pa] 범위에서 25[Pa] 간격으로 변화시켜가면서 각 경우에 대한 크린룸내부의 유동특성과 유입구의 속도분포 그리고 2개 유출구에서의 유량분배와 크린룸 내부의 유동특성을 예측하였다. 상대적으로 높은 정압이 부여된 오른쪽 유출구로의 유량배분은 이 유출구에 부여되는 정압이 커짐에 따라 선형적으로 감소되었으나 유입구에서 역류가 형성될 수 있을 만큼 정압이 증가된 후에는 유량배분이 급격히 감소되었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.143-150
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• 2011

도시 우수 배수 시스템에서 우수 관거는 개수로 흐름 상태로 가정하여 설계되었기 때문에 맨홀에서의 에너지 손실은 일반적으로 중요하게 고려되지 않았다. 그러나 과부하흐름에서 에너지 손실은 관거의 배수능력을 저하시켜 도심지역의 침수피해를 가중시키는 요인이 된다. 그러므로 과부하 사각형 맨홀 내에서의 수두 손실을 분석할 필요가 있다. 본 연구에서는 FLUENT 6.3 모형을 이용하여 과부하 사각형 합류맨홀에서의 흐름특성을 모의하고 맨홀 내 손실수두의 변화를 계산하여 손실계수를 산정하였다. 또한 실험결과와 수치모의 결과를 비교 및 분석하여 사각형 맨홀에서의 손실계수 산정에 FLUENT 6.3모형의 적용성을 확인하였다. 맨홀 폭(B)과 연결관경(d)의 비(B/d)에 따른 손실계수를 산정하였다. B/d가 증가할수록 사각형 합류 맨홀에서의 손실계수는 증가하였다. 중간 단차 맨홀에서 단차 변화에 따른 손실계수의 변화를 산정하였다. 단차가 5 cm이상 증가하면 맨홀 내 수심과 손실계수가 점진적으로 증가하였으므로 중간 맨홀에서의 적정 단차는 5 cm로 판단된다. 따라서 우수 관거 시스템의 여러 형태의 사각형 맨홀에서의 흐름의 변화 및 손실계수를 예측할 때, Fluent 6.3 모형은 사용 가능하리라 판단된다.

• 생물환경조절학회지
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• 제28권1호
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• pp.16-27
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• 2019

4차산업혁명 기술인 가상현실 기술을 이용하면 현장에 가지 않고 가상공간에서 교육하고 체험하는 것이 가능하여 사용자가 가상의 세계에서 현실과 같은 자연스러운 상호작용이 가능하다. 가상현실 기술을 활용하여 농업인에게 시각적으로 인지하기 힘든 공기유동, 환기효과 등의 체험을 하도록 하여 농업시설 관리의 중요성을 교육하는데 기여할 수 있다. 본 연구는 농업시설인 온실이나 돈사 모델을 생성하고 환경조건에 따라 원격 서버에 저장된 CFD 데이터를 불러와 농업인 및 컨설턴트가 VR 기기를 통해 공기유동을 보면서 컨설팅 할 수 있는 시뮬레이터 시스템을 개발하기 위해 수행되었다. 농업시설 3차원 오브젝트 생성, 농업시설 가상현실 환경구축, CFD 및 농업시설 구조물의 데이터베이스 구축, CFD 가시화 시스템에 대하여 제안하였다. 컨설턴트가 환경조건에 따라 상황을 설정하여 사용자와의 상호작용에 의해 농업시설내의 공기유동 정보를 체험할 수 있다. 사용자는 동절기나 하절기의 환기여부에 따라 가시화된 공기유동을 체험할 수 있으며, 농업시설 내의 지점별 위치에 대한 정량화된 환경분포를 제공받을 수 있다. 현재 동절기 및 하절기 주간 3연동 온실 및 2009 자돈 돈사에 대한 데이터가 구축 되어 있으며, 향후 개발된 시스템에 다양한 환경조건에 대한 체험을 하도록 CFD 전문가 들은 다양한 환경조건에 대한 CFD를 수행하여 시스템에 등록하는 것이 필요하다. 또한 농업시설 내 공기상태를 눈으로 보고 정확하게 파악하여 적정환기를 할 수 있도록 농업인들에게 가상현실 기기조작을 교육할 수 있는 체계가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제22권6호
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• pp.136-143
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• 2018

Cellular automata는 천체물리, 사회현상, 화재 확산 및 피난 등 많은 분야의 시뮬레이션에 활용되고 있다. 본 연구는 빈번히 발생하고 있는 화학사고에 대비한, 위험성평가 및 비상대응계획 작성시 요구되는 화학물질 확산 시뮬레이션을 위한 보급용 모델을 cellular automata를 기반으로 개발하였다. 상세한 플랜트 안전설계용과는 달리, 실시간 사고대응을 위해선 빠른 계산과 더불어 피해영역 분포의 불확실성을 줄이기 위한 반복 계산이 요구된다. EPA ALOHA, 화학물질안전원 KORA 등이 있지만, 지속적인 모델과 코드의 보완이 가능하고, 중소기업용의 무료 S/W개발에 본 연구의 차별성이 있다. 계산시간이 많이 요구되는 full-scale CFD에 비해 상대적인 정확도의 손실은 감수하고, 특히 일반 사용자의 편리성을 도모하였다. 기상청 기상정보 연계를 비롯해, Python open-source 라이브러리들을 활용해, 기능 확장 및 지속적인 update가 가능하며, 사용자는 해당 플랜트의 지형도와 사용 물질의 입력만으로 쉽게 결과를 얻을 수 있다. Full-scale CFD 시뮬레이션과 대비해 정확도를 확인하였으며, 빠른 계산을 위해 GPU를 활용하는 open source software로 배포될 예정이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.644-648
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• 2019

본 연구에서는 구획 공간에서 가솔린 화재 시 내벽의 열전도 계수 변화에 따른 열유동 현상에 관한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위해서 내벽의 열전도 계수가 $0.18W/m{\cdot}K$인 내화보드의 재질로 구성된 가로 0.4 m, 세로 0.6 m, 높이 0.6m인 축소된 구획공간을 제작하였으며, 개구부 면적이 $0.12m^2$이고 연료 팬의 크기가 $0.01m^2$인 조건에서 가솔린 화재실험을 수행하여 높이 0.37 m 국부지점의 온도와 총괄 발열량을 산출하였다. 벽면 열전도 계수 변화가 구획 공간 내부의 온도 분포에 미치는 영향을 분석하기 위해서 화재해석 프로그램인 FDS(Fire Dynamic Simulator)를 사용하여 동일한 발열량 조건에서 온도분포 측정값과 해석결과를 비교하였다. 그 결과 최대 발열량이 4.8 kW인 정상상태 구간에서 온도분포 예측 값이 10 % 이내로 일치하는 것을 확인하였으며, 벽면 열전도 계수가 $0.1W/m{\cdot}K$에서부터 $100W/m{\cdot}K$까지 증가한 결과 벽면의 평균 온도는 약 71% 정도 감소되는 것으로 예측되었다.

• 한국가스학회지
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• 제23권1호
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• pp.12-18
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• 2019

자동차 엔진이나 소각로 등의 연소기기에서 질소산화물을 저감하기 위한 여러 가지 방법 중에 배기가스 재순환 방법이 널리 쓰이고 있다. 본 연구에서는 고온의 배기가스를 재순환 유입하기 위해 벤튜리 튜브를 사용할 경우에 상온의 공기 노즐 출구 위치를 변화하여 고온의 배기가스를 재순환 유입하는 최적 위치를 도출하기 위해 전산 열유체해석을 통해 살펴보았다. 또한 상온의 공기 노즐 출구에 원뿔을 설치한 경우에 대한 배기가스 재순환 유입량 특성을 고찰하였다. 공기 노즐 출구 위치를 배기가스 재순환 유입 출구의 시작위치(z=0)에서 끝 위치(z=0.6m)로 변화하였을 때 유선과 온도 분포 변화를 관찰하였으며 배기가스 재순환 유입량비와 혼합가스 출구의 평균온도로 정량적으로 비교하였다. 본 연구를 통하여 상온의 공기 노즐 출구 위치는 z=0.15m(1/4L)에서 재순환 유입량과 출구에서의 평균온도가 가장 최대가 되는 것을 알 수 있었다. 또한 공기 노즐 출구에 원뿔을 설치하면 공기 노즐 출구의 속도가 증가하여 배기가스 재순환 유입량이 약 2배 증가하고 혼합가스 출구 온도도 $116^{\circ}C$ 증가하는 것을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권2호
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• pp.107-120
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• 2021

전기동력 분산추진 비행체는 다수의 프로펠러로 인하여 복잡한 프로펠러 후류 유동 및 기체와의 상호간섭이 발생한다. 이에 따라 초기설계 단계에서는 다양한 형상과 비행 조건에 대하여 프로펠러 구동 효과를 반영한 신속 공력 및 하중 해석이 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 효과를 고려할 수 있는 패널 기반의 효율적인 공력해석 기법을 개발, 검증하였다. Actuator Disk Theory(ADT)에 기반하여 프로펠러 후류 영역의 유도 속도장을 계산하고, 이를 3차원 정상 용출-중첩 패널기법의 비행체 표면 경계조건에 반영하였다. 한국항공우주연구원의 Quad Tilt Propeller(QTP) 비행체 단독 프로펠러와 선행 실험 연구의 프로펠러-날개 형상을 벤치마크 문제로 선정하여 해석을 수행하였다. Actuator 기법 기반의 전산유체역학(CFD) 결과와의 비교를 통해 프로펠러의 후류 속도장과 프로펠러 구동에 따른 날개의 공력하중 분포 변화를 검증하였다. 자율비행 개인용 항공기(Optional Piloted PAV, OPPAV)와 QTP 공력해석에 기법을 적용하고, CFD와의 해석 소요 시간 및 결과 비교, 분석을 통해 기법의 실용성과 타당성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권4호
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• pp.270-288
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• 2021

본 연구에서는 입자기반 개별요소모델(grain-based distinct element model, GBDEM)을 이용하여 암석 균열의 역학적, 수리적 거동을 평가할 수 있는 수치해석기법을 제시하고 해석해와의 비교를 통해 검증하였다. 이는 DECOVALEX-2023 프로젝트 Task G의 일환으로 수행된 벤치마크 모델링 연구로, Task G는 결정질 암반 내 균열의 열-수리-역학적 복합거동을 해석하기 위한 수치해석기법을 개발하는 데에 목표가 있다. 본 연구에서는 사면체 개별 입자들을 이용하여 해석모델을 생성하고 3DEC을 이용하여 입자와 접촉에서의 거동을 해석하였다. 이 과정에서 등가연속체 개념을 적용해 입자기반모델의 미시물성을 산정할 수 있는 새로운 기법을 제시하였다. 한편, 균열 경사각과 거칠기, 경계응력조건 및 압력 조건에 따른 해석을 실시하여 각 해석조건이 균열의 수직, 전단방향 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 해석 결과, 제안된 수치모델은 경계응력에 따른 균열의 미끄러짐(fracture slip)과 유체 압력에 따른 균열의 개방(fracture opening), 균열 경사에 따른 응력 분포, 거칠기로 인한 전단변위의 구속 등을 합리적으로 재현하고 있음을 확인하였다. 수치해석을 통해 계산된 균열의 수직방향, 전단방향 변위는 모두 해석해를 통해 계산된 값과 거의 일치하는 결과를 보였다. 본 연구의 해석모델은 Task G에 참여하는 국외 연구팀들과의 의견 교류와 워크숍을 통해 지속적으로 개선하는 한편, 향후 다양한 조건의 실내시험에 적용하여 타당성을 검증할 예정이다.