• Wind and Structures
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• 제26권6호
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• pp.369-382
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• 2018

Tornadoes are vertical swirling air formed because of the existence of layers of air with contrasting features of temperature, wind flow, moisture, and density. Tornadoes induce completely different wind forces than a straight-line (SL) wind. A suitably designed building for an SL wind may fail when exposed to a tornado-wind of the same wind speed. It is necessary to design buildings that are more resistant to tornadoes. In tornado-damaged areas, dome buildings seem to have less damage. As a dome structure is naturally wind resistant, domes have been used in back yards, as single family homes, as in-law quarters, man caves, game rooms, storm shelters, etc. However, little attention has been paid to the tornadic wind interactions with dome buildings. In this work, the tornado forces on a dome are computed using Computational Fluid Dynamics (CFD) for tornadic and SL wind. Then, the interaction of a tornado with a dome and a prism building are compared and analyzed. This work describes the results of the tornado wind effect on dome and prism buildings. The conclusions drawn from this study are illustrated in visualizations. The tornado force coefficients on a dome building are larger than SL wind forces, about 120% more in x- and y-directions and 280% more in z-direction. The tornado maximum pressure coefficients are also higher than SL wind by 150%. The tornado force coefficients on the prism are larger than the forces on the dome, about 100% more in x- and y-directions, and about 180% more in z-direction. The tornado maximum pressure coefficients on prism also are greater those on dome by 150% more. Hence, a dome building has less tornadic load than a prism because of its aerodynamic shape.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제29권2호
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• pp.141-150
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• 2004

우리가 소비하는 가공 식품은 위생상 안전하도록 살균처리가 이루어진다. 식품 내에 존재할 수 있는 유해 세균은 일정 살균온도에서 살균에 필요한 시간 동안 노출되면 사멸하며, 일반적으로 살균온도가 높을수록 살균에 필요한 시간은 단축된다. 연속살균장치는 혼합 및 저장탱크에 담겨진 식품을 점프로 이동시키면서 가열 열교환기에서 살균온도로 가열하고 단열관을 거치는 동안 살균온도를 유지시켜 살균을 완료한다. 또한 살균된 식품은 냉각용 열교환기에서 상온으로 냉각되며 이 과정에서 회수되는 열은 저장탱크에서 유입되는 식품의 예열에 사용되어 에너지 효율을 제고하는데 사용되기도 한다. 이와 같이 관을 이동하면서 가열되는 살균장치는 기존의 배치식 살균방법에 비하여 균일하게 가열이 이루어지므로 130C의 고온으로 살균할 수 있어서 살균에 필요한 시간을 수초에서 수십초 정도로 단축시킬 수가 있고 그에 따라 열손상을 크게 줄일 수 있다. 또한, 상온으로 냉각된 식품을 포장함으로써 저렴한 가격의 포장용기를 사용할 수 있고 상온에서 저장할 수 있으므로 저장비용이 저렴한 장점이 있다. 그러나, 가공식품에 고기나 야채와 같은 고체 상태의 식품이 함유된 경우에는 액상 식품이 열 교환기에서 순간 가열되며, 고상 식품은 액상식품과의 대류에 의한 열전달로 가열된다. 이 과정에서 고상식품은 이동관 내벽이나 다른 고상식품과 부딪치거나 회전하면서 이동관 내부에서 자유롭게 운동하게 된다. 이 과정에서 액상식품과의 상대이동 속도가 발생하여 이것이 대류열전달에 영향을 미치게 된다. 이 상대이동속도에 따른 대류 열전달계수는 고상식품의 내부온도 결정에 사용되는 연속살균장치의 중요한 설계인자이다. 대류열전달계수는 연속살균장치에서 자유로이 이동하는 고상식품의 중심부의 온도를 측정하여 결정할 수 있으나 이는 현실적으로 어렵다. 따라서 본 연구에서는 고정된 고상식품에 액상식품을 이동시켜 상대속도를 재현하고 액상식품의 온도와 고상식품의 중심온도를 측정하는 장치를 개발하였으며, 각 상대속도와 액상식품의 점도 별 대류열전달계수를 결정하는 프로그램을 유한차분법을 이용하여 개발하였다. 이 장치를 분당 15, 30, 40 리터의 유량에서 유체의 점도를 0에서 15 centipoise 사이의 세 수준에서 정육면체 소고기를 모델 고상식품으로 내부 온도분포를 측정하였으며, 유한차분법 프로그램으로 대류열전달계수를 결정하였다. 대류열전달계수는 792에서 2,107 W/m$^2$로 분석되었다. 대류열전달 계수는 액상식품과의 상대속도가 증가함에 따라서 증가하였고, 점도가 증가함에 따라서는 감소하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제51권6호
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• pp.53-62
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• 2009

The EFDC (Environmental Fluid Dynamics Code), a numerical model for simulating three-dimensional (3D) flow, transport, and biogeochemical processes in surface water systems including rivers, reservoirs, and estuaries, was applied to assess the effect of sea water and fresh water exchange rates ($Q_e$) on the mixing characteristics of a conservative pollutant (tracer) induced from upstreams and salinity in Saemangeum Lake, Korea. The lake has been closed by a 33 km estuary embankment since last April of 2006, and now seawater enters the lake partially through two sluice gates (Sinsi and Garyuk), which is driving the changes of hydrodynamic and water quality properties of the lake. The EFDC was constructed and calibrated with surveyed bathymetry data and field data including water level, temperature, and salinity in 2008. The model showed good agreement with the field data and adequately replicated the spatial and temporal variations of the variables. The validated model was applied to simulated the tracer and salinity with two different gate operation scenarios: RUN-1 and RUN-2. RUN-1 is the case of real operation condition ($Q_e=25,000,000\;m^3$) of 2008, while RUN-2 assumed full open of Sinsi gate to increase $Q_e$ by $120,000,000\;m^3$. Statistical analysis of the simulation results indicate that mixing characteristics of pollutants from upstream can be significantly affected by the amount of $Q_e$.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권3호
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• pp.350-359
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• 2016

본 연구는 vessel blowdown 시 발생하는 온도와 압력 변화를 보다 정확히 예측하기 위하여 기존에 개발된 dynamic model을 기반으로 새로운 모델을 개발하고, 개발한 모델의 정확도를 높이기 위하여 vessel 내부의 흐름이 층류일 때와 난류일 때를 모두 고려하여 vessel 벽면으로부터 기체로의 열 전달량을 계산하였다. 효율적인 열역학 계산을 위해 일체의 계산식은 압력이 감소하는 단계 별로 나누어 진행하였으며 계산의 부담을 덜어주면서 계산의 정확도를 유지하기 위한 압력변화 size를 결정하였다. 개발한 모델에 Peng-Robinson equation과 Soave-Redlich-Kwong equation을 적용하여 각각의 경우에 따른 결과의 차이를 비교하였다. 마지막으로 모델의 검증을 위해 Haque et al.의 실험조건을 동일하게 적용하여 실험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교 하였으며, 이를 통해 모델의 정확도를 입증하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제50권6호
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• pp.365-372
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• 2013

In this study, the flow characteristics and structural safety of a 500W class vertical-axis wind turbines(VAWT) for a fishing boat are investigated by numerical simulations. Guide vanes to increase the performance of the VAWT are investigated. And the best guide vane in the numerical simulations is applied to the VAWT. Also, modal analyses are performed to find out the natural frequencies of the VAWT, and the resonance safety of the VAWT is evaluated. The structural analysis of the VAWT is carried out by one-way FSI(Fluid Structure Interaction). And the results are used for the evaluation of structural safety according to IEC 61400-1 code. Finally, the possibility of the installation of the VAWT on the wheelhouse of a 9.77ton class fishing boat is checked. The results of the present research could be used as one of the fundamental data to design a VAWT for a fishing boat.

• 한국물환경학회지
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• 제33권2호
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• pp.219-229
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• 2017

A watershed-river linked modeling system was developed to forecast the water quality, particularly weekly changes in chlorophyll-a concentration, of the Yeongsan River, Korea. Hydrological Simulation Program-Fortran (HSPF) and Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC) were adopted as the basic model framework. In this study, the EFDC model was modified to effectively simulate the operational condition and flow of multi-functional weirs constructed in the main channel of rivers. The model was tested against hydrologic, water quality and algal data collected at the right upstream sites of two weirs in 2014. The mean absolute errors (MAEs) of the model calibration on the annual variations of river stage, TN, TP, and algal concentration are 0.03 ~ 0.10 m, 0.65 ~ 0.67 mg/L, 0.03 ~ 0.04 mg/L, and $9.7{\sim}10.8mg/m^3$, respectively. On the other hand, the MAE values of forecasting results for chlorophyll-a level at the same sites in 2015 range from 18.7 to $22.4mg/m^3$, which are higher than those of model calibration. The increased errors in forecasting are mainly attributed to the higher uncertainties of weather forecasting data compared to the observed data used in model calibration.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권4호
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• pp.345-352
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• 2011

고속으로 주행하는 자동차에서 전면유리 와이퍼의 부상 현상은 와이퍼의 닦임 성능을 저해하여 운전자의 안전을 위협한다. 본 연구에서는 고속 주행 시 와이퍼가 작동하는 차량 주변의 3차원 CFD 해석을 수행하여 와이퍼의 닦임 성능 향상을 위한 방안을 모색하였다. 정확한 해석결과를 얻기 위하여 차량과 와이퍼의 자세한 형상을 모델링하였고, 해석 결과로 와이퍼의 양력계수와 항력계수를 산출하였다. 또한, 수치해석을 통하여 와이퍼 작동 각도와 후드 끝단 각도가 전면유리 와이퍼의 양력계수와 항력계수에 미치는 영향에 대하여 분석하였다.

• 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.

• Asian Journal of Atmospheric Environment
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• 제12권1호
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• pp.47-58
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• 2018

The aim of this work is to investigate the effect of atmospheric stability on near-field pollutant dispersion from rooftop emissions of a single cubic building using computational fluid dynamics (CFD). This paper used the shear stress transport (here after SST) k-${\omega}$ model for predicting the flow and pollutant dispersion around an isolated cubic building. CFD simulations were performed with two emission rates and six atmospheric stability conditions. The results of the simulations were compared with the data from wind tunnel experiments and the result of simulations obtained by previous studies in neutral atmospheric condition. The results indicate that the reattachment length on the roof ($X_R$) obtained by computations show good agreement with the experimental results. However, the reattachment length of the rooftop of the building ($X_F$) is greatly overestimated compared to the findings of wind tunnel test. The result also shows that the general distribution of dimensionless concentration given by SST k-${\omega}$ at the side and leeward wall surfaces is similar to that of the experiment. In unstable conditions, the length of the rooftop cavity was decreased. In stable conditions, the horizontal velocity in the lower part around the building was increased and the vertical velocity around the building was decreased. Stratification increased the horizontal cavity length and width near surface and unstable stratification decreased the horizontal cavity length and width near surface. Maintained stability increases the lateral spread of the plume on the leeward surface. The concentration levels close to the ground's surface under stable conditions were higher than under unstable and neutral conditions.

• 대한기계학회논문집B
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• 제27권9호
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• pp.1209-1219
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• 2003

The dynamic behaviors of the single vortex interacting with $CH_4-Air$ jet diffusion flame are investigated numerically. The numerical method is based on a predict-corrector scheme for a low Mach number flow. A two-step global reaction mechanism is adopted as a combustion model. Studies are conducted in fixed initial velocities for the three cases according as where $CO_2$ is added; (1) without dilution, (2) dilution in fuel stream and (3) dilution in oxidizer stream. A single vortex is generated by an axisymmetric jet, which is made by an impulse of a cold fuel when a flame is developed entirely in a computational domain. The simulation shows that $CO_2$ dilution in fuel stream results in somewhat larger vortex radius, and greater amount of entrainment of surrounding fluid than in other cases. Thus, the dilution of $CO_2$ in fuel stream enhances the mixing in single vortex and increases the stretching of the flame surface. The budgets of the vorticity transport equation are examined to reveal the mechanism of vortex formation when $CO_2$ is added. It is found that, in the case of $CO_2$ dilution in fuel stream, the vortex destruction due to volumetric expansion and the vortex production due to baroclinic torque are more dominant than in other cases.