• 한국지구과학회지
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• 제36권2호
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• pp.158-170
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• 2015

큰 에디 모의과정을 포함한 WRF 모델 (WRF-LES)을 이용하여 수치모델의 수평공간 규모에 따른 대기경계층 모수화 실험과 LES 모의 결과를 지표층 근처의 풍속 예측에 대하여 비교하였다. 수치실험은 복잡한 산악지형과 해안지역을 포함하는 강원도 지역에서 수평해상도 1 km와 333 m 실험을 수행하였다. 수평해상도 1 km 실험은 대기경계층 모수화 방안을 채택하였으며, 333 m 실험에서는 LES를 이용하였다. 복잡한 산악지역에서의 풍속 예측의 정확성은 수평해상도 1 km 실험 보다 333 m 실험에서 향상되었으며 해안지역에서는 1 km 실험에서 관측과 더 일치하였다. 지표층 근처의 큰 난류를 직접 계산하는 LES 실험은 산악지역의 풍속예측 개선에 기여하였다.

• Wind and Structures
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• 제37권4호
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• pp.255-274
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• 2023

The aim of this paper is to enhance the accuracy of predicting time-averaged external surface pressures on low-rise buildings by utilizing Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations. To achieve this, benchmark studies of the Silsoe cube and the Texas Tech University (TTU) experimental building are employed for comparison with simulation results. The paper is structured into three main sections. In the initial part, an appropriate domain size is selected based on the precision of mean pressure coefficients on the windward face of the cube, utilizing Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) turbulence models. Subsequently, recommendations regarding the optimal computational domain size for an isolated building are provided based on revised findings. Moving on to the second part, the Silsoe cube model is examined within a horizontally homogeneous computational domain using more accurate turbulence models, such as Large Eddy Simulation (LES) and hybrid RANS-LES models. For computational efficiency, transient simulation settings are employed, building upon previous studies by the authors at the Windstorm Impact, Science, and Engineering (WISE) Lab, Louisiana State University (LSU). An optimal meshing strategy is determined for LES based on a grid convergence study. Three hybrid RANS-LES cases are investigated to achieve desired enhancements in the distribution of mean pressure coefficients on the Silsoe cube. In the final part, a 1:10 scale model of the TTU building is studied, incorporating the insights gained from the second part. The generated flow characteristics, including vertical profiles of mean velocity, turbulence intensity, and velocity spectra (small and large eddies), exhibit good agreement with full-scale (TTU) measurements. The results indicate promising roof pressures achieved through the careful consideration of meshing strategy, time step, domain size, inflow turbulence, near-wall treatment, and turbulence models. Moreover, this paper demonstrates an improvement in mean roof pressures compared to other state-of-the-art studies, thus highlighting the significance of CFD simulations in building aerodynamics.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2010년도 정기 학술발표대회
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• pp.63.1-63.1
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• 2010

수중구조물에 의한 파랑의 변형을 예측하기 위해 3차원 수치모형을 도입하여 수치모형 실험을 수행하였다. 본 수치모형은 Navier-Stokes 방정식을 유한차분법을 이용하여 계산하는 동수압 모형으로서, 난류의 해석을 위해서 상대적으로 큰 에디(eddy)만을 고려하는 SANS(Spatially Averaged Navier-Stokes) 방정식의 해를 구하는 LES(large-eddy-simulation) 기반의 수치모형이다. 엇갈림 격자체계에서 유한차분법을 사용하여 지배방정식을 해석하는 모형으로서 수치기법으로 Two Step projection 기법을 사용하여 SANS 방정식을 계산하였으며, Bi-CGSTAB 기법을 이용하여 Poisson 방정식의 해를 구하고 압력장을 계산하였다. 또한, 자유수면의 추적을 위하여 2차 정확도의 VOF(volume-of-fluid) 기법을 사용하였다. 먼저 선형파를 일정 수심상에서 조파시켜 해석해와 비교한 후 수중구조물이 설치된 지형에 적용하여 파랑의 변형을 수치모의하여 수리모형 실험 결과와 비교 및 분석하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2008년도 정기총회 및 학술발표대회
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• pp.687-690
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• 2008

Currently, Stream flow analysis has been accomplished by one or two dimensional equations and was applied by simple momentum equations and fixed energy conservations which contain many reach uppermost limit. In this study, FLOW-3D using CFD(Computational Fluid Dynamics) was applied to stream flow analysis which can solve three dimensional RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes Equation) control equation to find out physical behavior and the effect of hydraulic structures. Numerical simulation accomplished those results was compared by using turbulence models such as $k-\varepsilon$, RNG(Renomalized Group Theory) $k-\varepsilon$ and LES(Large Eddy Simulation). Numerical analysis results have been illustrated by the turbulence energy effects, velocity of flow, water level pressure and eddy flows around the side overflow type structures at Jangwall bridge in urban stream.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권10호
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• pp.697-706
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• 2019

다상흐름 모델링 기법과 하이브리드 난류 모델링 기법을 결합한 수치모형을 이용하여 사각형 수로에서의 중력류를 수치모의 하였다. 이 연구에서 적용한 다상흐름 해석기법은 밀도가 큰 중력류 유체, 상대적으로 밀도가 작은 주변류 유체 그리고 자유수면 위에서 흐르는 공기를 3개의 상으로 처리하며, 각 상에 대해서 분리된 흐름 지배방정식을 적용한다. 난류흐름은 벽경계 근처에서는 RANS 모드로 모의하고 벽에서 떨어진 영역에서는 LES 모드로 해석하는 하이브리드 RANS/LES 방법의 일종인 IDDES 기법을 이용하여 해석한다. 이 연구에서 적용한 모델링 기법은 중력류의 머리의 전파속도를 실험값과 일치하게 잘 예측하는 것으로 나타났다. 수치해석 결과는 아울러 낮은 레이놀즈수 난류모형을 이용한 RANS 수치모의에서 이용되는 정도의 격자해상도에서도 큰 규모의 Kelvin-Helmholtz 형식의 경계면 와의 발달과 이들 와가 지속적으로 3차원 형식의 붕괴를 거쳐 작은 난류구조로 분해되면서 난류에너지가 소산되는 현상을 성공적으로 예측함을 보여준다. 적용한 수치모의 기법은 공학적으로 접근 가능한 격자해상도에서 돌출-쪼개짐 흐름 불안정을 동반한 중력류 머리부분의 3차원 거동 특성을 잘 재현하며, 이 결과는 보다 높은 격자해상도에서 구해진 LES 결과에 상응하는 것으로 나타났다. 이 연구결과는 하이브리드 난류모델링 기법과 다상흐름 해석기법을 병합한 수치모형이 자연상태에서 복잡한 중력류의 물리적 거동을 예측하는데 공학적으로 유망한 방법임을 보여준다.

• 한국해양공학회:학술대회논문집
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• 한국해양공학회 2006년 창립20주년기념 정기학술대회 및 국제워크샵
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• pp.457-460
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• 2006

This study is to investigate the variation characteristics of run-up height over sandy beach due to the plane distribution of submerged breakwaters. In this study, Three-Dimensional numerical model with Large Eddy Simulation, which is able to simulate directly WAve Structure Seabed interaction (hereafter, LES-WASS-3D) has been newly developed. A comparison between the numerical model and existing experimental results was made to verify accuracy of newly proposed LES-WASS-3D model, and showed fairly nice agreement. In addition, based on the LES-WASS-3D model, the variation characteristics of run-up height over sandy beach are discussed with relation to the offshore distance and opening width of submerged breakwaters.

• Wind and Structures
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• 제35권1호
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• pp.67-81
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• 2022

While the aerodynamics of solid bluff bodies is reasonably well-understood and methodologies for their reliable numerical simulation are available, the aerodynamics of porous bluff bodies formed by assembling perforated plates has received less attention. The topic is nevertheless of great technical interest, due to their ubiquitous presence in applications (fences, windbreaks and double skin facades to name a few). This work follows previous investigations by the authors, aimed at verifying the consistency of numerical simulations based on the explicit modelling of the perforated plates geometry and their representation by means of pressure-jumps. In this work we further expand such investigations and, contextually, we provide insight into the flow arrangement and its sensitivity to important modelling and setup configurations. To this purpose, Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes (URANS) and Large-Eddy Simulations (LES) are performed for a 5:1 rectangular cylinder at null angle of attack. Then, using URANS, porosity and attack angle are simultaneously varied. To the authors' knowledge this is the first time in which LES are used to model a porous bluff body and compare results obtained using the explicit modelling approach to those obtained relying on pressure-jumps. Despite the flow organization often shows noticeable differences, good agreement is found between the two modelling strategies in terms of drag force.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.130-130
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• 2023

제트류는 다양한 크기와 운동량의 에디가 복잡하게 혼합되어 이루어져 있으며, 이를 정확하게 모델링하고 이해하기 위해서는 제트류의 다양한 특성들을 잘 반영하여 연구를 수행해야 한다. 다양한 연구 수행 방법 중 수치해석 방법은 상대적으로 공간 및 시간적 비용이 적게 들어서 널리 사용되고 있다. 이러한 수치해석 방법에는 DNS(Direct Numerical Simulation), LES(Large Eddy Simulation), RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes) 등이 있으며, 그중 LES는 난류 모델링을 사용하는 RANS 방법에 비해 더욱 정확한 흐름 모델링을 제공하는 장점이 있다. 이러한 LES는 대규모 에디는 직접 해석하면서, 일정 크기 이하의 에디는 모델링을 사용해 해석하는 것이 특징이다. 하지만, LES를 사용하기 위해서는 적절한 그리드 크기를 결정하는 것이 중요하며, 이는 모델의 정확성과 연산 비용에 큰 영향을 미친다. 하지만, 여전히 적절한 그리드 크기를 결정하는 것은 어려운 문제이다. 이러한 LES 모델링을 사용할 때 적절한 그리드 크기를 결정하기 위해서는 정확한 시간 평균 속도 변동을 연구하는 것이 앞서 선행되어야 한다. 따라서, 본 연구에서는 기계학습 기반 접근 방식을 사용하여 난류 제트 내 시간 평균 속도 변동을 예측하는 연구를 진행하였다. 즉, 난류 제트 역학을 이해하는 데 중요한 파라미터인 시간 평균 유속을 이용하여 시간 평균 속도 변동을 예측하는 데 초점을 맞추었다. 모델의 성능은 평균 제곱 오차와 R-제곱 등 다양한 지표를 사용하여 평가되었다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제9권1호
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• pp.1-9
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• 2004

Large eddy simulation is used to investigate the compressible flow over a cavity with high aspect ratio. The sub-grid scale stresses are modeled using the dynamic model. The compressible Navier-Stokes equations are solved with the sixth order accurate compact finite difference scheme in the space and the 4th order Runge-Kutta scheme in the time. The buffer Bone techniques are used for non-reflecting boundary conditions. The results show the shear layer oscillation over the cavity. The votical disturbances, the roll-up of vorticity, and impingement and scattering of vorticity at the downstream cavity edge can be seen in the shear layer. Several peaks for the resonant frequencies are found in the spectra of the vertical velocity at the center-line. The most energetic Peak near the downstream edge is different from that at the center part of the cavity The pressure has its minimum value in the vortex core inside the cavity, and becomes very high at the downstream face of the cavity. The variation of the model coefficient predicted by the dynamic model is quite large between 0 and 0.3. The model coefficient increases in the stream-wise evolution of the shear layer and sharply decreases near the wall due to the wall effect.

• Wind and Structures
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• 제36권3호
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• pp.175-200
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• 2023

The large eddy simulation (LES) of the flow around a circular cylinder is not only affected by the sub-grid scale (SGS) model but also by the grid resolution of the computational domain. To study the influence of different grids on the LES results, the LES simulations of the flow around a circular cylinder with different grids at Reynolds number (Re) = 3900 was performed. A circular computational domain with different radial growth rates and circumferential and spanwise grid numbers was adopted for the simulations. Meanwhile, the aerodynamic forces, wind pressure coefficients, mean and instantaneous flow fields, and the effect of grid resolution on them were comprehensively analyzed. The results indicate that the lift coefficient, wind pressure coefficient, and recirculation length are significantly affected by the radial growth rate of the grid and the circumferential grid number. The spanwise grid number has a significant influence on the three-dimensionality of the flow and plays an important role in velocity fluctuations in the wake region. Nevertheless, the aerodynamic coefficients and recirculation length are not sufficiently sensitive to the grid number in the spanwise direction. By comparing the results, it can be concluded that suitable and reliable LES results can be obtained when the radial growth rate is 1.03 or 1.05, the circumferential grid number is 160, 200, or 240, and the spanwise grid number is 64. A radial growth rate 1.05, circumferential grid number 160, and spanwise grid number 64 are recommended to reduce the grid amount and further improve the efficiency.