• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권6호
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• pp.655-667
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• 2017

The results of a numerical study on the performance of a propeller operating near a free surface are presented. The numerical simulations were performed for the various advance coefficients and the submergence depths of the model propeller. The effects of the model propeller size were investigated using two different model propeller sizes for all cases. The wave pattern of the free surface and the flow structure around the propeller as well as the hydrodynamic characteristics of the propeller were investigated through simulation results. The thrust and torque fluctuated and the trajectory of the tip vortex was distorted due to the interaction with the free surface. The wave pattern of the free surface was related to the tip vortex of the propeller. The decreases in thrust and torque at the small model propeller were greater than those of the large model propeller. The reduction rate of the thrust and torque increased with the advance coefficient.

• 한국해양공학회지
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• 제9권2호
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• pp.75-82
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• 1995

The free surface effects on the aerodynamic performance of 2-D wings are investigated based on the potential flow approximation. The wing is represented b source and vortex distributions on the wing surface. The steady free surface effect is taken into account by source distribution on the free surface and the velocity potentials of air and water flows are obtained. Using three different techniques, namely, positive image method, inverse image method and source distribution method, numerical results are obtained for wave elevation, pressure distribution and lift coefficient with various foil sections. The wave elevation calculated by the inverse image method is shown to be very small even at higher speeds so that the free surface effect on the performance of wings is regraded negligible. However, the wave elevations by the positive image method and source distribution method are relatively high at higher speeds and accordingly the free surface effects on wings can not be neglected.

• 대한조선학회논문집
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• 제49권3호
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• pp.213-221
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• 2012

The present study numerically investigates the interaction between a free-surface and flow around a circular cylinder over a moving wall. In order to simulate the flow past the circular cylinder over a moving wall near a free-surface, this study has adopted the direct-forcing/fictitious domain (DF/FD) method with the level set method in the Cartesian coordinates. Numerical simulation is performed for a Reynolds numbers of 100 in the range of $0.25{\leq}g/D{\leq}2.00$ and $0.5{\leq}h/D{\leq}2.00$, where g/D and h/D are the gaps between the cylinder and a moving wall and the cylinder and a free-surface normalized by cylinder diameter D, respectively. According to g/D and h/D, the vortex structures have been classified into three patterns of the two-row, one-row, steady elongation. In general, both of g/D and h/D have the large values which mean the cylinder is far away from the wall and the free-surface, two-row vortex structure forms in the wake. When g/D decreases, the two-row vortex structure gradually transfers into the one-row vortex structure. When the g/D reveals the critical value below which the flow becomes steady state, resulting in the steady elongation vortex.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.98-111
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• 1993

2차원 비정상 비선형 자유표면파를 해석하고 자유표면파에서의 점성효과를 관찰하였다. 유동장내의 Navier-Stokes 방정식과 연속방정식을 풀기 위해 유한해석법을 적용하였고, 자유표면의 처리를 위해 MAC 기법을 적용하였다. 그리고, 자유표면에서는 표면장력을 고려한 경계조건을 적용하였으며, 층류에 대한 점성효과만을 고려하였다. 계산모델은 천수역에서의 점성영향, 자유표면 근처에서의 보오텍스 쌍(vortex-pair)의 거동 및 전진하는 부유체 앞에서의 자유표면파문제 등이다. 천수역문제에서는 바닥과의 마찰에 기인한 자유표면파의 변화를 고찰하였으며, 특히 고립파에 대한 적용으로서 파고의 감소정도, 수직벽면에서의 파상승(wave run-up) 및 수심의 변화로 인한 유장변화 등을 살펴보았다. 보오텍스 문제에서는 보오텍스의 이동에 따른 자유표면주위의 유동변화를 관찰하였으며, 사각부유체 주위의 유동문제에서는 전진속도의 차이에 따른 자유표면파의 차이 및 물체주위의 유동특성을 관찰하였다.

• 대한기계학회논문집
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• 제16권11호
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• pp.2126-2135
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• 1992

본 연구에서는 국내 원자력 발전소중 영광 3,4호기의 설계자료를 토대로 1/6 크기로 축소한 모델실험을 통해서 공기흡입이 발생하는 임계수위를 결정하는 상관식을 개발하였으며 또한 공기흡입구를 reducer type으로 개선함으로써 공기흡입을 방지할 수 있음을 밝혔다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제10권1호
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• pp.56-62
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• 2005

Large eddy simulation of vortexing flow of molten steel in the continuous casting mold with and without DC magnetic field was conducted. The influence of the position of magnetic field to the residence time and depth of the vortex was analyzed. The mechanism of the influence of magnetic field to the vortexing flow was found. The computational results show that the vortexing flow is the result of shearing of the two un-symmetric surface flows from the mold narrow faces when they meet adjacent to the SEN; the un-symmetric flow for turbulent vortex is caused by turbulent energy of the fluid and that for biased vortex is caused by biased flow and the turbulent energy of fluid; with the moving of the magnetic field from the centerline of the outlet of the SEN to the free surface, the surface velocity is decreased gradually and the depth of the turbulent vortex and the biased vortex is decreased, the residence time is increased with the magnetic field moves from DL=120mm to DL=60mm and then decreased; the turbulent vortex and the biased vortex can be eliminated when the magnetic field is located at the free surface.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.60-66
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• 2012

One of commonly physical phenomena encountered in pump sump systems in which its significant influence to the hydraulic performance of pump system plays an important role in the field of fluid engineering, is the appearance of free surface and submerged vortices. In this paper, a study of the vortices behavior and their formative mechanism of asymmetry is considered in this paper by using numerical approach. The Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations and k-omega Shear Stress Transport turbulence model used to describe the properties of turbulent flows, in company with VOF multiphase model, are implemented by Fluent code with multi-block structured grid system. In the numerical simulation, the calculated elevation of air-water interface and vortex core contours are used to classify visually surface vortices as well as submerged vortices. It is shown that the free surface vortex is identified by the concavity of liquid region from the free surface and swirling flow at that own plane. To investigate the distinctive behavior of these vortices corresponding to each given flow rate at the same water level, some numerical testing of them are considered here in such a manner that the flow pattern of surface vortex are obtained similarly to the obtained results from experiment. Furthermore, the influence due to the change of grid refinement and the variation of depth of the concavity are also considered in this paper. From that, these influential factors will be implemented to design a good pump sump with higher performance in the future.

• 한국습지학회지
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• 제23권3호
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• pp.234-241
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• 2021

본 논문은 자유수면을 갖는 와류수차의 성능에 풀리의 영향을 이해하는 것이다. 실험은 개수로 유입구 유량 0.0069 ~ 0.0077 m³/s 범위에서 물리적 인자(와류높이, 유속, 유효낙차 등)에 따른 수차의 회전수, 전압 및 전류를 측정해 분석하였다. 실험결과에 따르면 와류수차의 전압, 전류 및 회전수는 블레이드 형태와 상관없이 풀리비가 증가할 경우 감소하였다. 직선형 블레이드와 비틀린 블레이드의 효율은 풀리비 0.45 지점에서 52 %인 반면 소형 비틀린 블레이드의 효율은 풀리비 0.21 지점에서 54 %이다. 와류수차의 최대 발전량은 풀리비 0.5 지점 내에서 발생했다. 와류수차의 효율은 풀리비에 따라 0.2 ~ 58 % 범위에서 관찰되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권2호
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• pp.76-85
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• 1993

자유표면과 수면하 vortex 유동과의 상호작용으로 생기는 수면위의 특이 형상을 실험과 수치해석으로 얻어진 결과에 근거하여 논하였다. 먼저 2차원적인 실험이나 해석적인 연구로 이해될 수 있는 "striation"의 발생을 살펴 본다. "Scar"라 불리우는 striation과 수직한 형상은 2차원 vortex filament와 vortex pair 생성시 생겨나는 residual vortex의 상호작용으로 설명하였다. 간단하면서도 중요한 상호작용의 역학을 연구할 목적으로 vortex ring이 자유표면과 수직하게 충돌할 경우에 나타나는 현상들을 실험적으로 논하였고 이때 상호작용의 초기단계를 축대칭 문제로 하여 수치해석적으로 얻어진 결과와 비교하였다. 상호작용의 후기단계는 vortex reconnection을 포함하는 복잡한 과정인데 이때 수면에서의 짧은파 생성을 vortex ring의 수면과의 경사진 충돌로 설명하였다. 또한 위의 수면과 생성을 간단한 해석적 model로 재구성하여 비교해 보았다. 끝으로 수면위에 존재하는 오염물질이 수면하 vortex 유동에 미치는 영향을 수치해석적인 방법으로 free slip및 rigid wall 조건의 경우와 비교하여 살펴보았다.

• 한국습지학회지
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• 제25권3호
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• pp.176-183
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• 2023

본 연구는 자유수면 아래 원통형 와류발생부에서 와류 수차 성능에 대한 블레이드 수가 미치는 영향을 이해하는 것이다. 동일한 블레이드 형상을 사용하여 상대 와류 수심비(y/h_v) 0.065 ~ 0.417 범위에 설치된 2개, 3개, 4개, 5개 및 6개의 블레이드로 마이크로 와류 수차의 성능을 실험하였다. 연구 결과로서 블레이드 수가 증가함에 따라 회전수, 전압, 전류 및 출력이 유속 0.7 m/s 이하일 때 상대 와류 수심비 0.065와 0.111 지점에서 증가한다. 5개 블레이드 수차의 평균 출력은 다른 블레이드 수보다 높게 나타난다. 오리피스 근처에 설치된 직경 130 mm인 4개의 블레이드 수차의 성능이 와류발생부에서 동일한 수의 직경 220 mm인 블레이드 수차보다 높다.