• 대한조선학회논문집
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• 제51권5호
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• pp.419-428
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• 2014

This paper presents a numerical simulation method for the flow around advancing ships in regular waves by using a rectilinear grid system. Because the grid lines do not consist with body surface in the rectilinear grid system, the body geometries are defined by the interaction points of those grid lines and the body surface. For the satisfaction of body boundary conditions, no-slip and divergence free conditions are imposed on the body surface and body boundary cells, respectively. Meanwhile, free surface is defined with the modified marker density method. The pressure on the free surface is determined to make the pressure gradient terms of the governing equations continuous, and the velocity around the free surface is calculated with the pressure on the free surface. To validate the present numerical method, a vortex induced vibration (VIV) phenomenon and flows around an advancing Wigley III ship model in various regular waves are simulated, and the results are compared with existing and corresponding research data. Also, to check the applicability to practical ship model, flows around KRISO Container Ship (KCS) model advancing in calm water are numerically simulated. On the simulations, the trim and the sinkage are set free to compare the running attitude with some other experimental data. Moreover, flows around the KCS model in regular waves are also simulated.

• 대한기계학회논문집B
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• 제26권7호
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• pp.1014-1021
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• 2002

Analysis of two-dimensional secondary flows given by an oscillatory motion of a liquid with a free surface in a rectangular container subject to a linear reciprocating force is performed by numerical and experimental methods. FVM is used for the numerical computation of the two-dimensional flows. We considered the effects of the free-surface properties such as the surface tension and the dilatational viscosity. The boundary-layer analysis as well as an experiment is used in establishing the free surface properties. The secondary flow patterns are visualized by a laser sheet. It is shown that the secondary flow patterns predicted by the numerical methods are in good agreement with the experimental results.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.45-56
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• 1994

2차원 수중익 주위의 비선형 자유표면 유동을 시간영역에서 시뮬레이션할 수 있는 수치해법이 개발되었다. 본 수치해법은 고차 스펙트럴법과 경계요소법을 조합한 스펙트럴/경계요소법(spectral/boundary-element method)이며, 자유표면은 고차 스펙트럴법에 의해 그리고 수중익과 후류 보오텍스는 경계요소법에 의해 다루어 진다. 본 방법은 자유표면과 수중익의 비선형/비정상 상호작용문제에 폭넓게 적용될 수 있으며, 특히 스펙트럴법을 사용하므로 자유표면 유동을 매우 효율적으로 다룰 수 있다. 적용예로 정지상태에서 출발하여 자유표면 근처에서 균속 전진운동 또는 전진 및 동요운동을 하는 경우가 다루어 졌고, 자유표면파와 동유체력에서의 비선형/비정상 효과들이 보여지고 있다. 비정상해의 특수한 경우로 얻어지는 정상상태의 계산결과들이 다른 이론 또는 실험결과들과 비교되었으며, 좋은 일치를 보이고 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제33권6호
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• pp.443-453
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• 2009

The Rayleigh-Taylor instability, the bubble rising in both partially and fully filled containers and the droplet splash are simulated by an in-house solution code(PowerCFD), which are typical benchmark problems among multiphase flows with material interface due to density difference. The present method(code) employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with interface capturing method(CICSAM) in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The present results are compared with other numerical solutions found in the literature. It is found that the present method simulates efficiently and accurately complex free surface flows such as multiphase flows with material interface due to both density difference and instability.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제14권4호
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• pp.448-455
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• 2000

The bow wave breaking and the viscous interaction of stern wave are studied by simulating the free-surface flows. The Navier-Stokes equation is solved by a finite difference method in which the body-fitted coordinate system, the wall function and the triple-grid system are invoked. After validation, the calculations are extended to turbulent flows. The wave elevation at the Reynolds number of $10^4$ is much less than that at $10^6$ although the Froude number is the same. The numerical appearance of the sub-breaking waves is qualitatively supported by experimental observation. They are also applied to study the stern flow of S-103 for which extensive experimental data are available. Although the interaction between separation and the stern wave generation are not yet clear, the effects of the bow wave on the development of the boundary layer flows are concluded to be significant.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
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• pp.572-575
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• 2008

Two-dimensional multiphase flows due to density difference such as the Rayleigh-Taylor instability problem and the droplet splash are simulated by an in-house solution code(PowerCFD). This code employs an unstructured cell-centered method based on a conservative pressure-based finite-volume method with interface capturing method in a volume of fluid(VOF) scheme for phase interface capturing. The present results are compared with other numerical solutions found in the literature. It is found that the present code simulates complex free surface flows such as multiphase flows due to density difference efficiently and accurately.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.103-109
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• 2010

본 연구에서는 자유수면 흐름에 적용할 수 있는 연직방향에 대해 좌표변환된 3차원 동수압 모형을 제시하였다. 제시한 모형은 자유수면과 동수압의 해석을 위하여, 2중 예측-수정(double predictor-corrector)방법을 적용하였다. 본 연구에서는 정확한 동역학적 경계조건(자유수면에서의 압력은 0인 조건)을 적용하는 방법을 검토하였고, 제시한 모형을 이용한 수치모의 결과를 해석해와 비교하여 본 연구에서 제시한 모형의 우수성을 검증하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제7권3호
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• pp.44-52
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• 2002

An analytic methodology was developed for free surface motions between liquid metal coolant and cover gas in order to calculate the phenomena of gas entrainment in hot pool surface through IHX EMP and reactor core. The methodology was setup by applying the first order VOF convection model to CFX4 general purpose fluid dynamics analysis code. The methodology was validated by applying it to an experimental apparatus designed for free surface motions of KALIMER reactor. The distributions of free surface calculated by the present methodology were almost coincident with the experimental data. The developed methodology was applied to the KALIMER reactor of full power operating condition. The shapes of the free surface were nearly uniform. From the results, it was found that the altitude of the free surface from the IHX inlet nozzle of KALIMER reactor is high enough not to affect to free surface motions of generating gas bubbles from the turbulent shear flows such as hydraulic jump and water falls.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권2B호
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• pp.179-189
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• 2010

본 연구에서는 수치모의를 통하여 전단면 식생 수로에서 와도의 생성을 분석하였다. 지배방정식에서 난류 폐합을 위해 레이놀즈응력모형을 이용하였다. 거친 하상-매끄러운 측벽 및 매끄러운 하상-거친 측벽을 갖는 개수로 흐름을 수치모의하여 서로 다른 형태의 이차흐름 구조가 형성되는 것을 확인하였다. 즉, 거친 하상 조건에서는 자유수면 이차흐름의 규모가 감소되고, 거친 측벽 조건에서는 자유수면 이차흐름의 구조가 더 커지는 것으로 나타났다. 또한 전단면 식생 수로를 수치모의하여 수심 크기의 바닥 이차흐름이 형성되고, 식생 밀도가 증가함에 따라 자유수면 이차흐름이 점차 사라지는 것을 확인하였다. 또한 이차흐름 생성에 중요한 역할을 하는 난류의 비등방성 및 레이놀즈응력 분포를 식생밀도에 따라 살펴보았다. 한편, 와도 방정식을 분석한 결과, 비식생 수로의 경우 벽 및 수면 경계 근처에서는 난류 비등방성에 의한 생성항이, 경계와 떨어진 곳에서는 레이놀즈응력에 의한 생성항이 와도 생성에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 그러나 식생 수로에서는 이러한 특성이 사라지는 것으로 확인되었다. 또한 비식생 수로에서는 바닥과 수면에서의 와도 생성이 강하게 발생되지만, 식생 수로에서는 바닥과 식생 높이에서 와도 생성이 크게 발생되는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.349-360
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• 2012

본 연구에서는 3차원 점성 흐름에 적용될 수 있는 비정수압 자유수면 모형을 수평방향 직교 곡선좌표계에서 개발하였다. 개발된 수치모형은 엇갈린 격자를 사용함으로써 발생되는 자유수면에서의 경계조건 종결 문제를 수면층 방정식을 도입하여 해결하였으며, 난류의 유동 해석을 위한 폐합식으로 등방성의 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하였다. 본 연구에서 운동량방정식은 이송-확산항만으로 중간단계의 유속을 예측하고, 압력 및 중력을 포함하는 생성항과 연속방정식을 결합하여 다음 시간단계의 유동장을 결정하는 계산 단계 분리법을 이용하였다. 수치모형의 적용성 평가를 위하여 폐쇄된 2차원 수조에서의 취송류, 급경사를 가지는 2차원 수로에서의 흐름, 원심력에 의한 이차류 흐름특성 분석을 위한 3차원 급변 만곡류에 대한 모의를 실시하였다. 수치모의 예측치는 수리모형 실험값과 수위, 유속, 난류특성 등에서 일치하는 양상을 보이는 것이 확인되었다.