• Ocean Systems Engineering
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• 제6권1호
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• pp.61-97
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• 2016

This is the second of two papers on the 3D numerical modeling of nearshore hydro- and morphodynamics. In Part I, the focus was on surf and swash zone hydrodynamics in the cross-shore and longshore directions. Here, we consider nearshore processes with an emphasis on the effects of oceanic forcing and beach characteristics on sediment transport in the cross- and longshore directions, as well as on foreshore bathymetry changes. The Delft3D and XBeach models were used with four turbulence closures (viz., ${\kappa}-{\varepsilon}$, ${\kappa}-L$, ATM and H-LES) to solve the 3D Navier-Stokes equations for incompressible flow as well as the beach morphology. The sediment transport module simulates both bed load and suspended load transport of non-cohesive sediments. Twenty sets of numerical experiments combining nine control parameters under a range of bed characteristics and incident wave and tidal conditions were simulated. For each case, the general morphological response in shore-normal and shore-parallel directions was presented. Numerical results showed that the ${\kappa}-{\varepsilon}$ and H-LES closure models yield similar results that are in better agreement with existing morphodynamic observations than the results of the other turbulence models. The simulations showed that wave forcing drives a sediment circulation pattern that results in bar and berm formation. However, together with wave forcing, tides modulate the predicted nearshore sediment dynamics. The combination of tides and wave action has a notable effect on longshore suspended sediment transport fluxes, relative to wave action alone. The model's ability to predict sediment transport under propagation of obliquely incident wave conditions underscores its potential for understanding the evolution of beach morphology at field scale. For example, the results of the model confirmed that the wave characteristics have a considerable effect on the cumulative erosion/deposition, cross-shore distribution of longshore sediment transport and transport rate across and along the beach face. In addition, for the same type of oceanic forcing, the beach morphology exhibits different erosive characteristics depending on grain size (e.g., foreshore profile evolution is erosive or accretive on fine or coarse sand beaches, respectively). Decreasing wave height increases the proportion of onshore to offshore fluxes, almost reaching a neutral net balance. The sediment movement increases with wave height, which is the dominant factor controlling the beach face shape.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제4권1호
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• pp.51-58
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• 1999

A mathematical model for a three phase fluidized bed bioreactor (TFBBR) was proposed to describe oxygen utilization rate, biomass concentration and the removal efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) in wastewater treatment. The model consisted of the biofilm model to describe the oxygen uptake rate and the hydraulic model to describe flow characteristics to cause the oxygen distribution in the reactor. The biofilm model represented the oxygen uptake rate by individual bioparticle and the hydrodynamics of fluids presented an axial dispersion flow with back mixing in the liquid phase and a plug flow in the gas phase. The difference of setting velocity along the column height due to the distributions of size and number of bioparticle was considered. The proposed model was able to predict the biomass concentration and the dissolved oxygen concentration along the column height. The removal efficiency of COD was calculated based on the oxygen consumption amounts that were obtained from the dissolved oxygen concentration. The predicted oxygen concentration by the proposed model agreed reasonably well with experimental measurement in a TFBBR. The effects of various operating parameters on the oxygen concentration were simulated based on the proposed model. The media size and media density affected the performance of a TFBBR. The dissolved oxygen concentration was significantly affected by the superficial liquid velocity but the removal efficiency of COD was significantly affected by the superficial gas velocity.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제2권3호
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• pp.461-467
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• 2016

부유 이송식 해상풍력 기초를 목표 지점에 설치하기 위해서는 내부의 중공부에 해수를 주입하여 착저 시키게 되는데, 그 과정에서 중량 및 무게 중심과 부력중심이 변하게 되어 부유식 기초가 불안정해 질 수 있다. 부유 이송식 기초의 동적안정성 해석은 기초 외부의 수력학적 하중과 6-자유도 운동을 하게 되는 기초에 작용하는 파도와 조류 하중 및 설치 과정에서 기초 내부의 중공부로 투입되는 해수의 무게중심 이동까지 동시에 고려해야 하는 복잡한 문제이다. 따라서 본 연구에서는 3차원 비정상 CFD 기법과 다물체 동역학 기법을 연성 (coupling)한 정밀 해석기법을 적용하여 부유 이송식 기초 내부 물의 슬로싱 운동까지 고려한 동적안정성 해석을 수행하고 특성을 분석하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권5호
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• pp.1887-1895
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• 2013

이 연구에서는 2차원 조파수조에서 수리모형실험을 실시하여 수중터널 모형의 수리학적, 구조적 성능을 고찰하였다. 수심 및 부력 대 자중비를 다양하게 변화시킨 조건에서 파고 및 주기가 서로 다른 규칙파를 조파하여 실험을 수행하였다. 실험 자료의 분석을 통해서 연직방향 및 횡방향 동요가 파고 및 주기에 따라 선형적으로 증가함을 확인하였다. 반면에, 회전 운동의 크기는 파고 및 주기가 설계파 정도로 커지지 않으면 별로 크게 나타나지 않았다. 마찬가지로, 계류장력 및 수중터널에 작용하는 파력도 파고 및 주기에 따라 선형적으로 증가하였다. 수심 및 부력 대 자중비의 변화와 관련해서는, 구조적 거동 및 수중터널에 작용하는 파력의 크기 모두 수심 증가 및 부력 대 자중비 감소에 따라서 전체적으로 감소하는 경향이 나타났다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권10호
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• pp.989-999
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• 2012

이젝터는 고압의 유체를 구동관로에서 분출시켜, 그 주변의 저압기체와 운동량 교환을 통하여 저압의 유체를 보다 높은 압력까지 상승시켜 흡인되는 유체를 이송하는 장치이다. 증기-증기 이젝터는 흡입, 혼합 및 탈수에 널리 사용되고 있다. 그리고 이젝터는 기계적인 작동이 없으므로, 고장이 거의 없다. 또한 이젝터는 유체 관련 시스템의 크기에 관계없이 유체와 관련된 다양한 장소에 용이하게 설치할 수 있어, 정비의 필요성이 거의 없고 비용도 합리적이다. 따라서 본 연구는 단순 압축 또는 진공 설비를 위한 펌프 혹은 기계장치 대안으로 사용되는 이젝터 전체에 적용할 수 있는 기초 자료 제공을 목표로 하였다. 이 목표를 위해 실험만으로 획득할 수 없는 자료를 전산유체역학을 적용하여 분석함으로써 이젝터의 유체역학적 특성에 있어 최적의 설계조건을 제시하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.189-197
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• 2017

최근 빈번하게 발생하는 해상 유류사고에 대해 초기에 신속히 대응하기 위해서는 정확성 높은 수치해석 모형의 개발 및 적용이 필수적이다. 본 연구에서는 불규칙한 지형적 변화가 존재하는 근해역에서 유출유의 정확한 확산예측을 위하여 비선형성, 분산성, 난류 및 회전류 효과 등이 포함된 수심적분형 Boussinesq 모형과 유류의 이송-확산-변형모형을 통합함으로써 유출유 초기확산 예측을 위한 결합모형을 개발하였다. 개발된 모형은 지형적 복잡성 및 그에 따른 실제 흐름의 특성을 지닌 실 해역에 적용함으로써 모형의 활용성을 검토하였다. 고해상도의 해상 조건 재현이 가능한 본 개발모형은 기후변화 등에 의해 점차 강화되는 해상 기상의 극한조건에서의 유류 재해에 대비할 수 있는 방재시스템 구축에 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제17권3호
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• pp.24-31
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• 2019

Recently, an air-lift bio-reactor operated by micro bubbles has been utilized to product hydrogen fuel. To enhance the performance, characteristics of hydrodynamics inside the bio-reactor were analyzed using a numerical simulation for two-phase flow. An Eulerian model was employed for both of liquid and gas phases. The standard k-ε model was used for turbulence induced by micro bubbles. A Population Balance Model was employed to consider size distribution of bubbles. A hollow cylinder was introduced at the center of the reactor to reduce a dead area which disturbs circulation of CO bubbles. An appropriate diameter of the draft tube and hollow cylinder were optimized for better performance of the bio-reactor. The optimum model could be obtained when the cross-sectional area ratio of the hollow cylinder to the reactor, and the width ratio of the riser to the downcomer approached 0.4 and 3.5, respectively. Consequently, it is expected that the optimum model could enhance the performance of the bio-reactor with the homogeneous distribution and higher density of CO, and more effective mixing.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제21권3호
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• pp.230-240
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• 2009

선행연구에서 개발된 ESCORT 모형을 사용하여 영산강하구언 배수갑문을 통한 담수방류의 영향성을 분석하였다. 낙조우세를 감안한 해수유동 모의를 통해 2차원 뿐 아니라 3차원 흐름해석에 있어서도 모형의 적용성과 타당성을 입증하였다. 방류가 흐름양상에 미치는 영향성을 분석하였으며, 담수방류 모의 결과 확산현상은 3차원 모형으로 해석해야 함을 확인할 수 있었다. 또한, 방류구 인근에서 염도의 연직분포 특성을 규명하였고 목포해역 담수확산 범위를 추정하였다. 그 결과 외해수와의 해수교환이 원활치 않음에 기인하여, 목포해역에서는 담수농도의 희석이 매우 느리게 진행되고 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국지구과학회:학술대회논문집
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• 한국지구과학회 2010년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.118-119
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• 2010

별탄생에 관한 연구는 최근 천문학 영역에서 활발히 진행되고 있으며, 별이 실제로 동역학적 과정을 거쳐 형성되고 분자운의 난류적 특성에 강하게 영향을 받는다는 것을 보여주고 있다. 별탄생 과정에 관한 관측적 영역에서 상당한 진전이 있음에도 불구하고, 별탄생의 초기단계는 여전히 해결되고 있지 않다. 따라서, 별 탄생의 복잡한 역학적 특성으로 인해 컴퓨터 시뮬레이션은 별탄생 연구의 중요한 도구로 사용된다. 우리는 SPH 시뮬레이션을 활용하여 낮은 질량의 별 탄생 과정을 제시하였고, 가장 진보된 dragon code를 사용하였다. 질량과 난류, 중심 밀도 등의 값을 변화시키면서 내부 특성의 변화를 살펴보고, 어떻게 진화하는지에 대해 알아보고자 한다. (질량범위는 0.1$5\;M{\odot}$) 이 결과에 근거하여 그들의 환경조건과 특성 그리고 성간운에서 낮은 질량의 별이 탄생하는 동안 어떻게 진화하는지에 대해 논의하고자 한다.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제12권3호
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• pp.36-54
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• 2008

A jet stream applied tangential to a curved surface in fluid increases lift force by strengthening circulation around the surface and this phenomenon is known as the Coanda effect. Many experimental and numerical studies have been performed on the Coanda effect and the results found to be useful in various fields of aerodynamics. Recently, preliminary studies on Coanda control surface are in progress to look for practical application in marine hydrodynamics since various control surfaces are used to control behaviors of ships and offshore structures. In the present study, the performance of a Coanda control surface with different geometries of the jet injection nozzle was surveyed to assess applicability to ship rudders. A numerical simulation was carried out to study flow characteristics around a section of a horn type rudder subjected to a tangential jet stream. The RANS equations, discretized by a cell-centered finite volume method were used for this computation after verification by comparing to the experimental data available. Special attentions have been given to the sensitivity of the lift performance of a Coanda rudder to the location of the slit (outlet) and intake of the gap between the horn and rudder surface at the various angles of attack. It is found that the location of the water intake is important in enhancing the lift because the gap functions as a conduit of nozzle generating a jet sheet on the rudder surface.