• 해양환경안전학회지
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• 제25권3호
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• pp.373-380
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• 2019

In this paper, a pico hydro turbine employing low head circulation water at fish farms is designed and evaluated. Due to the advantages of simple structures, small head requirements, and low-cost investment, the constant thickness propeller turbine is considered as a feasible solution. The design process based on the free vortex method is presented in full detail, and a 4-blade runner is built using BladeGen. The turbine performance is analyzed both numerically and via experimental methods. Despite slight differences, the results show similar trends between CFD simulations and experiments carried out on factory test-rigs in a wide range of working conditions. At the design flow rate, the turbine achieves the best efficiency of 70 %, generating 3.5 kW power when rotating at 420 rpm. The internal flow field, as well as the turbine's behavior, are investigated through the distribution of blade streamlines, pressure, and velocity around the runner. Moreover, the pressure coefficient on the blade surface at 3 span positions is plotted while the head loss for each simulation domain is calculated and displayed by charts.

• 대한토목학회논문집
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• 제40권2호
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• pp.145-156
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• 2020

최근 도시지역의 불투수율 증가로 인해 내수침수 위험성이 증가하고 있다. 이에 도시침수 방지대책으로 빗물펌프장의 증설 및 신설에 대한 필요성이 부각되고 있다. 빗물펌프장의 효율을 증가시키기 위해서는 흡수조에서 발생하는 와류의 제어가 필요하다. 따라서 와류를 효과적으로 제어하기 위해서 펌프 흡수조 내 흐름특성 분석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 입자영상유속측정법을 이용하여 흡수조 내 유속분포 및 와류강도를 측정하기 위한 촬영 및 분석 조건들에 대한 민감도 분석을 실시하여 흡수조 내 유속 및 와류강도 측정의 한계를 확인하고 최적 방법들을 제시하고자 한다. 이를 위해 우선 레이저를 이용하여 흡수조 내 흐름을 촬영하였고, 상관영역 크기와 촬영 시간간격 및 측점 간격의 변화에 따른 유속분포와 와도분포를 비교하여 민감도를 검토하였다. 본 연구에서 대상으로 한 흐름조건의 자유수면와류의 경우 상관영역 크기가 와류 크기의 약 13 % 이상에서는 유속 산정 정확도가 감소하는 것으로 나타났으며, 연속되는 두 장의 영상 간 입자의 변위가 1 mm 이상이 되면 연직방향의 흐름 때문에 이탈되는 입자들이 많아져 정확도가 감소하는 것으로 나타났다. 또한 자유수면와류가 차지하는 격자의 개수가 증가할수록 와도의 크기가 커지는 것으로 나타났다. 이와 같은 연구결과는 입자영상유속계를 활용한 흡수조 내 유속분포 및 와류강도 측정 시 촬영 및 영상분석 조건을 결정하는데 기초자료로 활용될 것으로 기대된다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제19권1호
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• pp.81-96
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• 2007

단조해안에서의 비선형 천수거동을 가장 강건한 파랑모형인 Navier Stokes 식에 기초하여 수치모의 하였다. 이와 더불어 SUPERTANK LABORATORY DATA COLLECTION PROJECT(Krauss et al., 1992)에서 취득한 자료를 활용하여 Reynolds 응력에 대한 구배모형의 한계를 검증하였다. 취득한 쇄파대 유동계의 자기상관함수는 상당한 특성길이를 지니며 이러한 결과는 구배모형이 큰 오류를 야기할 수 있다는 사실을 시사한다. 이러한 인식에 기초하여 파랑모형은 Large Eddy Simulation(LES), Smooth Particle Hydrodynamics(SPH), Gaussian kernel function을 사용하여 수치 적분하였다. 잔차응력은 Lagrangian Dynamic Smagronski 모형(Meneveau et al.,1996)을 활용하여 모의하였으며 모의 기간 중 유체 알갱이간의 이격거리는 관성부영역의 특성길이보다 작게 유지되도록 노력하였다. 천수과정에서 진행되는 동조 비동조 고차 조화성분으로 전이된 파랑에너지로 인해 상당히 예리하고 왜도된 파형, 파형의 마루로부터 시작되는 물입자 자유낙하, 착수로 인한 커다란 물보라의 형성, 물보라 형성층의 해변으로의 이행, wave finger(Narayanaswamy와 Darlymple, 2002) 등이 비교적 정확히 재현되는 등 상당히 고무적인 결과를 얻었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권1B호
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• pp.95-109
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• 2008

본 연구에서는 LDS 난류응력 모형, Van Rijn의 pick up 함수를 활용하여 일정 경사부에서의 파랑의 이행과 천수, 연이은 쇄파현상, plunging breaker에 후행하는 해저질의 역동적인 부유와 down rush와 후행 파랑에 의한 표사의 재분배를 수치모의 하였다. 이 과정에서 해저질과 소통하는 저면 유체력에 대한 quadratic law를 중심으로 한 기존의 연구 성과들은 정상상태에 기초하여 급속히 가속되고 감속되는 swash 대역의 수리특성을 반영할 수 없다는 결론에 도달하고 이러한 인식에 기초하여 새로운 산출방법이 제시되었다. 새로운 산출방법을 토대로 수치모의하여 비선형 천수과정의 일반적인 특징, 동조 비동조 고차 조화성분으로 전이된 파랑에너지로 인해 상당히 예리하고 왜도된 파형, 파형의 마루로부터 시작되는 물입자 자유낙하, 착수로 인한 커다란 물보라의 형성, 물보라 형성층의 해변으로의 이행, wave finger (Narayanaswamy와 Dalrymple, 2002), swash 대역에서 진행되는 부유사 순환과정, swash 대역에서 처오름으로 인해 부유된 부유사 무리의 off shore 방향으로의 순 이동 등이 비교적 정확히 재현되는 등 상당히 고무적인 결과를 얻을 수 있었다. 이러한 결과는 기존의 Euler 좌표계에서 정의되는 파랑모형과 이동경계 기법의 한계를 뛰어 넘는 것으로 향후 보다 정확한 침식해석이 가능 할 것으로 판단된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권4호
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• pp.11-22
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• 2001

프로펠러-WIG(Wing in Ground Effect)선의 상호작용 및 성능을 포텐셜 유동에 의해 해석하였다. 프로펠러는 보오텍스 격자법(VLM)을 사용하였고 WIG선은 포텐셜 기저 패널법을 사용하여 각 경계조건을 만족시키면서 반복계산을 통하여 상호작용 및 성능을 해석하였다. 자유수면은 강체로 가정하여 경상법을 사용하였다. 프로펠러-WIG의 상호작용 및 성능을 해석하기에 앞서 발표된 실험결과와 계산결과가 있는 MP101 프로펠러와 MR-21 타의 상호작용 및 성능해석을 수행하여 개발된 프로그램의 정도를 검증하였다. 프로펠러-WIG선의 상호작용해석은 프로펠러의 부착위치, 직경 및 회전수의 변화에 따른 비행고도 높이 변화에 대한 양력 및 피치모멘트를 계산하여 비교하였다. 날개 앞에 부착된 프로펠러는 WIG선의 양력을 급격히 향상시키며 정적안정성을 향상시킴을 알았다. 따라서 적절한 프로펠러의 크기, 부착위치 및 회전수의 선택이 PARWIG선의 성능향상을 위해 필수적임을 알았다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제6권3호
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• pp.529-561
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• 2014

The two-phase turbulent flow past an interface-piercing circular cylinder is studied using a high-fidelity orthogonal curvilinear grid solver with a Lagrangian dynamic subgrid-scale model for large-eddy simulation and a coupled level set and volume of fluid method for air-water interface tracking. The simulations cover the sub-critical and critical and post critical regimes of the Reynolds and sub and super-critical Froude numbers in order to investigate the effect of both dimensionless parameters on the flow. Significant changes in flow features near the air-water interface were observed as the Reynolds number was increased from the sub-critical to the critical regime. The interface makes the separation point near the interface much delayed for all Reynolds numbers. The separation region at intermediate depths is remarkably reduced for the critical Reynolds number regime. The deep flow resembles the single-phase turbulent flow past a circular cylinder, but includes the effect of the free-surface and the limited span length for sub-critical Reynolds numbers. At different Froude numbers, the air-water interface exhibits significantly changed structures, including breaking bow waves with splashes and bubbles at high Froude numbers. Instantaneous and mean flow features such as interface structures, vortex shedding, Reynolds stresses, and vorticity transport are also analyzed. The results are compared with reference experimental data available in the literature. The deep flow is also compared with the single-phase turbulent flow past a circular cylinder in the similar ranges of Reynolds numbers. Discussion is provided concerning the limitations of the current simulations and available experimental data along with future research.