• Wind and Structures
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• 제28권5호
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• pp.299-313
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• 2019

In order to examine the effects of different wind deflectors on the wind load distribution characteristics of extra-large cooling towers, a comparative study of the distribution characteristics of wind pressures on the surface of three large cooling towers with typical wind deflectors and one tower without wind deflector was conducted using wind tunnel tests. These characteristics include aerodynamic parameters such as mean wind pressures, fluctuating wind pressures, peak factors, correlation coefficients, extreme wind pressures, drag coefficients and vorticity distribution. Then distribution regularities of different wind deflectors on global and local wind pressure of extra-large cooling towers was extracted, and finally the fitting formula of extreme wind pressure of the cooling towers with different wind deflectors was provided. The results showed that the large eddy simulation (LES) method used in this article could be used to accurately simulate wind loads of such extra-large cooling towers. The three typical wind deflectors could effectively reduce the average wind pressure of the negative pressure extreme regions in the central part of the tower, and were also effective in reducing the root of the variance of the fluctuating wind pressure in the upper-middle part of the windward side of the tower, with the curved air deflector showing particularly. All the different wind deflectors effectively reduced the wind pressure extremes of the middle and lower regions of the windward side of the tower and of the negative pressure extremes region, with the best effect occurring in the curved wind deflector. After the wind deflectors were installed the drag coefficient values of each layer of the middle and lower parts of the tower were significantly higher than that without wind deflector, but the effect on the drag coefficients of layers above the throat was weak. The peak factors for the windward side, the side and leeward side of the extra-large cooling towers with different wind deflectors were set as 3.29, 3.41 and 3.50, respectively.

• Wind and Structures
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• 제34권1호
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• pp.59-72
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• 2022

In this work the numerical results of the flow around a 5:1 rectangular cylinder at Reynolds numbers 3 000 and 40 000, zero angle of attack and smooth incoming flow condition are presented. Implicit Large Eddy Simulations (ILES) have been performed with a high-order accurate spatial scheme and an implicit high-order accurate time integration method. The spatial approximation is based on a discontinuous Galerkin (dG) method, while the time integration exploits a linearly-implicit Rosenbrock-type Runge-Kutta scheme. The aim of this work is to show the feasibility of high-fidelity flow simulations with a moderate number of DOFs and large time step sizes. Moreover, the effect of different parameters, i.e., dimension of the computational domain, mesh type, grid resolution, boundary conditions, time step size and polynomial approximation, on the results accuracy is investigated. Our best dG result at Re=3 000 perfectly agrees with a reference DNS obtained using Nek5000 and about 40 times more degrees of freedom. The Re=40 000 computations, which are strongly under-resolved, show a reasonable correspondence with the experimental data of Mannini et al. (2017) and the LES of Zhang and Xu (2020).

• 한국음향학회지
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• 제41권6호
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• pp.713-722
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• 2022

본 연구에서는 대상 원심팬 시스템에서 발생하는 유동 현상과 공력 음향 성능을 수치적/실험적으로 분석하고 다양한 수치 기법을 비교하여 평가하고자 하였다. 먼저 원심팬의 성능을 실험적으로 분석하기 위해 반무향실에서 음향 파워를 측정하였으며, 실험 결과를 통해 대상 원심팬 시스템에서 방사되는 소음 성능에 대한 유효 주파수 범위를 파악하고 이에 대한 수치 모사를 실시하였다. 수치적으로 유동 및 음향 파워를 분석하기 위해 Navier-Stokes 방정식과 Ffowcs Williams&Hawkings 방정식을 각각 유동장과 음향장의 지배방정식으로 사용하였으며, 음향장의 구현을 위해 가상의 음향 방사면을 설계하여 사용하였다. 고차 3차원 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)와 연계된 Hybrid-CAA 기법을 사용하여 모사한 음향 파워 레벨과 소음 실험을 통해 측정한 음향 파워 레벨의 비교를 통해 사용된 수치 기법의 정확도 및 수치적 특성을 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.92-92
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• 2021

체외수정을 기반으로 이루어지는 성게의 수정 과정은 성게 주변에서 형성되는 복잡한 난류 흐름의 영향을 받게 된다. 성게 몸체의 하류부에 형성되는 재순환 영역 (recirculation zone) 내에는 다양한 난류 와류 흐름이 존재하며, 이들은 성게 몸체에서 방출된 정자와 난자의 충돌을 일으키고 수정 과정에 지대한 영향을 미친다. 즉, 성게의 수정 과정을 이해하기 위해서는 성게 주변의 흐름에 대한 유체역학적 관점에서의 분석이 수행되어야 한다. 본 연구의 목적은 성게 몸체에 의해 발생한 난류 흐름이 성게의 체외 수정에 미치는 영향에 대해 조사하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 상용 프로그램인 오픈폼 (OpenFaom)을 활용하여 수치 모의를 수행하였다. 성게 주변의 유동장은 LES (Large Eddy Simulation)을 기반으로 모의하였고, 정자와 난자의 확산 궤적은 라그랑지안 입자 추적 (Lagrangian Particle Tracking) 알고리즘을 통해 구현하였다. 총 5개의 유속 조건 (0.025 - 0.20 m/s) 에 대해 모의를 수행하였으며 정자와 난자 사이의 거리를 바탕으로 수정률을 산정하였다. 정자와 난자의 뭉쳐있거나 퍼져있는 공간적인 분포 형태는 Standardized Morisita 지수를 통해 수치적으로 표현하였으며 이들과 수정률과의 관계를 규명하였다. 연구 결과에 따르면 성게 수정은 유속 조건이 0.1 m/s일 때 가장 빈번하게 발생하였으며, 성게 수정의 성공 여부는 크게 2가지 조건에 의해 결정되었다. 첫 번째로, Standardized Morisita 지수가 높을수록 다시 말해 생식세포들이 공간적으로 뭉쳐있어야 하며 두 번째는, 생식세포들을 충돌시킬 수 있는 원동력인 작은 와류가 존재해야 한다. 와류의 크기가 너무 크게 되면 생식세포들은 충돌하지 않고 확산만 되기 때문에 오히려 수정률이 감소하였다. 영역별로 분석한 결과에 따르면, 성게 몸체에 의해 형성된 재순환 영역이 수정과정에 있어 가장 지배적인 영역임을 확인하였다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제25권6호
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• pp.374-385
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• 2013

부유 퇴적물의 입자 운동에 대한 수치실험이 굴곡이 있는 해저면 위에서 수행되었다. 해저면 경계층의 난류 유속장은 LES 난류모델을 사용하여 구현하였고, 난류 흐름 속에서의 퇴적물 입자운동은 Lagrangian 입자추적 모델을 사용하여 구현하였다. 수치실험을 통하여 두개의 다른 유속조건을 사용하였는데, 파랑주기를 비롯한 다른 모든 조건은 동일하게 유지한 가운데 오직 최대 유속만 다르게 하여 실험을 수행하였다. 예상한 것과 같이 부유되는 퇴적물 입자의 양은 유속이 강할 수록 증가하였다. 그러나 예상하지 못한 결과도 관측되었는데 그것은 비록 최대유속외에 다른 모든 조건은 동일하더라도 퇴적물이 부유되는 양상은 다르게 나타날 수 있다는 것이다. 특히 퇴적물이 부유하게 되는 시간이 위상평균한 파장 주기안에서 서로 다르게 나타나는 것이 발견되었는데, 이는 해저면 굴곡 주위에서 유속에 의해 생성되는 난류 와동의 생성시간이 다르기 때문에 일어나는 것으로 밝혀졌다. 이전의 연구에서도 알려진 바와 같이 이런 난류 와동들이 퇴적물의 부유현상에 미치는 영향은 지대한 것으로 확인되었으며, 또한 이런 와동들의 생성시간은 유속의 크기에 따라 달라 질 수 있음이 밝혀졌다. 이로인해 해저면 굴곡 위에서 퇴적물의 부유현상을 보다 정확하게 규명하기 위해서는 파랑의 여러가지 복잡한 변수들을 고려하여야 함이 이번 실험을 통하여 입증되었다. 또한 퇴적물 입자의 부유에 영향을 미치는 난류 에너지분포 역시 생성된 난류 와동에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 유속의 세기변화 만으로도 퇴적물이 부유되는 시간이 굴곡이 있는 해저면에서 바뀔 수 있는 것으로 확인되었으며, 이는 향후 퇴적물 부유에 대한 연구를 할때 해저면 구조와 유속구조의 상관관계를 보다 신중히 검토해야 함이 밝혀졌다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제27권4호
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• pp.27-34
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• 2013

성능위주 소방설계(PBD)의 과정에서 화재 및 피난모델링의 신뢰성을 확보하기 위해서는 화재감지기 모델의 높은 예측성능이 필수적으로 요구된다. 본 연구의 목적은 FDS와 같은 대와동모사(Large Eddy Simulation) 화재모델에 적용될 수 있는 연기감지기의 정확한 작동 개시시간을 예측하기 위한 수치적 입력정보를 측정하는 것이다. 이를 위해 화재감지기의 장치특성을 측정할 수 있는 FDE (Fire Detector Evaluator)를 제작하였으며, 이온화식 연기감지기에 대한 Heskestad 및 Cleary 모델의 입력변수가 측정되었다. 또한 일반적으로 사용되는 FDS의 기본 값과 측정된 값이 적용된 연기감지기의 작동 개시시간을 정량적으로 비교하였다. 주요 결과로써, 본 연구에서 검토된 이온화식 연기감지기의 장치 물성은 FDS에 적용된 기본 값과 매우 큰 차이를 보이고 있으며, 연기감지기 작동 개시시간이 최대 15분 이상 차이가 발생되었다. PBD의 신뢰성을 향상시키기 위하여 향후 연구에서는 보다 다양한 연기 및 열감지기의 장치물성에 대한 데이터베이스(DB)가 구축될 예정이다.

• Wind and Structures
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• 제34권1호
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• pp.127-136
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• 2022

In this work a multi-fidelity non-intrusive polynomial chaos (MF-NIPC) has been applied to a structural wind engineering problem in architectural design for the first time. In architectural design it is important to design structures that are safe in a range of wind directions and speeds. For this reason, the computational models used to design buildings and bridges must account for the uncertainties associated with the interaction between the structure and wind. In order to use the numerical simulations for the design, the numerical models must be validated by experi-mental data, and uncertainties contained in the experiments should also be taken into account. Uncertainty Quantifi-cation has been increasingly used for CFD simulations to consider such uncertainties. Typically, CFD simulations are computationally expensive, motivating the increased interest in multi-fidelity methods due to their ability to lev-erage limited data sets of high-fidelity data with evaluations of more computationally inexpensive models. Previous-ly, the multi-fidelity framework has been applied to CFD simulations for the purposes of optimization, rather than for the statistical assessment of candidate design. In this paper MF-NIPC method is applied to flow around a rectan-gular 5:1 cylinder, which has been thoroughly investigated for architectural design. The purpose of UQ is validation of numerical simulation results with experimental data, therefore the radius of curvature of the rectangular cylinder corners and the angle of attack are considered to be random variables, which are known to contain uncertainties when wind tunnel tests are carried out. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations are solved by a solver that employs the Finite Element Method (FEM) for two turbulence modeling approaches of the incompressible Navier-Stokes equations: Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes (URANS) and the Large Eddy simulation (LES). The results of the uncertainty analysis with CFD are compared to experimental data in terms of time-averaged pressure coefficients and bulk parameters. In addition, the accuracy and efficiency of the multi-fidelity framework is demonstrated through a comparison with the results of the high-fidelity model.