• 전기화학회지
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• 제14권4호
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• pp.231-238
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• 2011

수치해석을 이용하여 아연공기전지의 전기화학적 성능을 예측하였다. KOH 수계전해질 내부의 이동현상을 예측하기 위하여 Nernst-Planck식을 사용하였고, 전극 표면의 활성화손실을 모사하기 위해 아연극(음극)에는 Butler-Volmer식을, 공기극(양극)에는 Tafel식을 적용하였다. 정상상태해석을 통하여 아연/공기전지의 I-V곡선을 도출하였으며, 실험결과와의 I-V곡선 비교/분석을 통하여 수치 해석 모델의 타당성을 검증하였다. 전지반응 진행에 따른 전해질 내부의 이온 이동 및 분포 특성을 조사하기 위해 과도상태해석을 수행하였으며, 전극주변에서의 ${Zn(OH)_4}^{-2}$, $OH^-$, $K^+$ 이온들의 농도변화를 확인할 수 있었다. 또한, 다양한 전지전압조건 하에서 반응시간에 따라 아연극 표면에서의 ${ZnOH_4}^{2-}$의 농도 변화를 해석한 결과, 반응진행시 아연극 표면에서 ${ZnOH_4}^{2-}$의 농도가 최고성능을 나타내는 운전전압 0.63 V에서 약 1초 만에 포화농도에 도달하였으며, 일반적인 운전조건인 1.04 V에서는 약 13초 만에 포화농도에 접근하는 것으로 나타났다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제53권1호
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• pp.1-13
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• 2020

높은 레이놀즈수를 갖는 공학적인 흐름을 예측하는 가장 일반적인 방법은 여전히 벽함수를 이용하는 난류모형에 근거한 RANS 수치모의이다. 최근 벽근처의 점성영역 관계식과 벽에서 떨어진 대수영역 관계식을 혼합하여 개발된 일반화된 벽함수들은 두 영역사이의 난류량과 유속이 부드럽게 천이하도록 한다. 이 연구는 난류운동에너지(TKE), 에너지 소산율, 비소산율, 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들을 조합하여 일련을 수치 모의를 수행하여 널리 이용되고 있는 난류모형들의 성능과 수렴 특성을 분석하였다. 이 연구 결과는 RNG k-𝜖 모형의 경우 첫번째 계산격자가 완충층에 놓이게 될 때는 반복 계산시 작은 허용오차를 이용하여 주의 깊게 적용을 하여야 안정된 해를 구할 수 있음을 보여준다. 표준 k-𝜖과 RNG k-𝜖 모형은 TKE와 와점성에 대해서 적용 가능한 벽함수들 중 어느 것을 선택하여 적용하더라도 수치모의 결과가 민감하게 반응하지 않는 것으로 나타났다. 한편, k-ω SST 모형의 경우 TKE에 대해서는 kL-벽함수 그리고 와점성에 대해서는 nutUB-벽함수를 이용하여야 정확하고 안정된 경계 조건 설정을 보장할 수 있다. 레이놀즈수 155,000조건에서 적용한 후방계산흐름 수치모의 결과 격자 해상도에 상관없이 약 13% 정도 재부착 거리를 과소평가하는 모형을 제외하고 나머지 적용한 난류모형들 모두 적절히 세밀한 해상도의 격자에서 양호하게 재부착거리를 잘 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권3호
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• pp.173-184
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• 2013

본 연구에서는 프로펠러나 헬리콥터 로터와 같은 회전체의 공력 최적 설계를 위한 다단 최적 설계 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 플랜폼 설계와 단면의 형상 설계를 반복적으로 수행하는 설계 전략을 통해 회전체의 공력 성능 향상을 목표로 한다. 플랜폼 설계의 단계에서는 유전 알고리즘과 2차원 CFD 데이터베이스 기반의 깃 요소 모멘텀 이론을 이용하여 빠른 시간에 회전체의 공력 특성을 평가하여 최적점을 탐색하였다. 플랜폼 설계 후 단면에 유입되는 유동 조건을 예측하여 단면 형상 최적 설계를 수행하였다. 설계 과정에서 보다 면밀하게 유동 특성이 분석될 수 있도록 2차원 N-S 해석자와 민감도 기반의 최적화 알고리즘을 통해 최적해를 탐색하였다. 단면 형상이 설계된 후에는 최적의 유동 조건을 산출할 수 있도록 플랜폼 설계를 반복적으로 수행하였다. 본 프레임워크를 1kW급 전기추진용 항공기 프로펠러 설계에 적용하여 그 유효성을 3차원 N-S 해석과 풍동 실험을 통해 검증하였다. 설계 후, 풍동 실험 결과를 기준으로 약 5%의 프로펠러 효율 증가를 얻을 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권5호
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• pp.323-334
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• 2020

경계층 천이는 극초음속 비행체의 열공력 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 성능 해석과 설계를 위해 천이지점의 정확한 예측 능력이 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 극초음속 경계층 천이 예측을 위한 γ-Re_θt 모델을 개선하고 검증하였다. 천이 시작 위치 결정에 영향을 주는 간헐도 수송방정식 생성항의 계수를 압축성 경계층 상사해를 기반으로 마하수와 벽면온도, 자유류 정체온도 등에 대한 함수 형태로 구성하고 적용하였다. 기본 모델의 Re_θc와 F_length 상관관계식에 마하수에 따른 천이 시작 운동량두께 레이놀즈수와 천이구간의 길이 변화를 반영할 수 있도록 마하수에 대한 관계식을 추가로 결정하여 적용하였다. 실용적인 사용을 고려하여 제안 모델을 상용 CFD 코드에 적용하였으며, 검증을 위해 모델을 사용하여 극초음속 평판과 원뿔 경계층 해석을 수행하였다. 실험 결과와의 비교를 통해 마하수와 단위 레이놀즈수 변화에 대한 개선된 예측성능을 확인하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.55-55
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• 2011

연안 및 해안공학의 발달과 더불어 부유식방파제의 기능적 효율성이 중요시 되고 있다. 흔히 사용되어오던 착저식방파제는 설치에 많은 시간과 경비가 소요되고 환경 및 생태계에 많은 변화를 줄 수 있으며, 설치 예정지의 수리학적 특성 등의 여건에 많은 제약을 받는 단점이 있다. 부유식방파제는 일본 등의 선진국을 중심으로 활용이 잦아지고 있는 방파제로서 수면 위에 설치되기 때문에 수중 생태계에 미치는 영향이 적은 친환경방파제이다. 또한 기존에 시공된 중력식방파제와는 달리 수심에 제한을 덜 받고, 공사기간이 짧기 때문에 경제적이다. 실제 시공사례로는 2007년 마산 원전항에 완공된 부유식방파제가 대표적이며, 지금까지도 부유식방파제에 대한 여러 연구자들의 관심이 증가하고 있는 추세이다. 방파제뿐만 아니라 우리나라처럼 국토의 면적이 작은 지역에서 증가하는 해상물동량을 소화하기 위해서 부유식방파제 등을 이용한 항만의 시공이 필요한 실정이다. 이러한 부유식방파제의 분석적인 측면에 있어서 수치해석은 파랑과 구조물의 상호작용을 해석하는 데 한계가 있으며, 부유식방파제 단면형상을 정확하게 재현할 수 없으므로, 수리모형실험을 통한 부유식방파제의 연구가 필요할 것으로 판단된다. 최근 기술의 발달로 인한 유동장 해명이 가능해 졌으며, PIV(Particle image velocimetry) 및 LDV시스템은 다양한 분야에서 응용되고 있다. 특히, LDV시스템은 측정하려는 한 지점에 대하여 레이저 빔을 단면(Cross-section)으로 만들고 입자의 산란광을 후방산란(Back scatter)으로 받아서 도플러 효과를 이용, 속도에 대한 주파수를 획득하며, 유속을 측정하는 장비로 매우 높은 정확도와 비접촉식 이라는 장점을 가지고 있다. 또한, PIV 시스템에 비하여 측정시간이 오래 걸리는 반면 데이터를 가공하지 않고 활용할 만큼 높은 정확성을 가지고 있다. 본 연구에서는 수리모형실험을 통하여 단독형, 2열형 및 3열형 부유식방파제의 형상, 흘수 및 거리를 변화시키며 유동장을 수집하였으며, 방파성능에 따른 와의 생성 및 소멸시점에서의 파랑변형과의 관계를 분석하였다. 방파제의 형상과 흘수를 달리하여 수리모형실험을 수행하였으며, 와류의 상관관계를 분석하였다. 또한, 연직 2차원 Navier-Stokes 방정식 모형을 이용하여 수치모형실험을 수행하였으며, 수치모형실험 결과와 수리모형실험 결과를 비교 분석하였다. 후방방파제에서 발생되는 파랑은 입사파의 주기가 길어질수록 상대적으로 커지는 현상을 보였으며, 흘수심이 깊어질수록 전방방파제 입사 면에서 자유 수면이 높게 관측되는 결과를 보였다. 또한, 비교적 장주기파랑에 해당하는 입사파랑의 경우 전달파고비 산정에 있어서 설계기준인 0.5를 대다수 초과하는 반면, 3열형 구조에서는 대부분이 0.5이하로 상당히 높은 방파성능 결과를 나타내었다.

• 해양환경안전학회지
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• 제26권6호
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• pp.742-750
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• 2020

선체 부가물에서 발생하는 유동소음은 자체소음 관점에서 소나의 성능과 직결되고, 추진기 및 방향타와 상호작용을 통해 2차 소음원을 야기해 근접장 범위의 엄밀한 분석이 요구된다. 하지만 유동소음 해석에 적용되는 기존의 음향상사법은 음향 신호의 전파를 직접 모사하지 않는 간접법에 해당해 회절, 반사, 산란 특성을 고려할 수 없으며, 근접장 해석이 제한적이다. 본 연구에서는 격자 볼츠만 기법을 적용해 수중환경 유동소음의 전파과정을 직접 모사하였다. 격자 볼츠만 기법은 분자의 충돌과 흐름 과정을 통해 유동소음을 해석하는 기법으로, 압축성과 낮은 소산율, 낮은 분산율의 특성을 가지고 있어 소음해석에 적합하다. 선체 부가물 형상을 대상으로 RANS 해석을 통해 유동소음원을 도출하고, 유동-음향 경계면을 적용한 격자 볼츠만 기법으로 유동소음의 전파과정을 직접적으로 모사했다. 도출된 결과를 수음점의 위치에 따라 FW-H 결과 및 유체동압력 결과와 비교를 통해 근접장에서 타 기법 대비 격자 볼츠만 기법의 유용성을 확인했다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.878-885
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• 2008

최근에 많은 수요와 각광을 받고 있는 디스플레이 장치에서 CRT는 곡면이며 무겁고 큰 부피 때문에 LCD, PDP, OLED와 같은 평판디스플레이(FPD)로 대체되고 있다. FPD는 $0.6\sim0.8mm$ 두께의 대면적 글래스에 여러 공정을 거친 후에 최종 제품 규격으로 절단하여 제작하기 때문에 글래스의 면적이 크면 클수록 FPD의 생산성이 높다는 밀접한 관계를 갖는다. 따라서 FPD 제조 업계에서는 글래스 면적을 증가시키기 위하여 노력하고 있으며, 예를 들면, 현재 8세대 LCD인 경우 약 $2,200mm\times2,600mm$의 면적을 가진다. 이러한 글래스를 이송하는 대표적인 장치로서 공기부상 컨베어시스템은 압축공기를 이용해서 FPD용 대면적 글래스 등을 약 $0.3\sim0.5mm$ 정도 부상시켜 비접촉으로 이송할 수 있는 장치이다. 이 때 글래스와 다공질판 표면 사이의 공기 유동이 모델링되고 해석되며, 이것으로부터 글래스의 공기부양 조건이 예측될 수 있다. 글래스를 이송시 전기공급 중단에 의하여 압축공기가 공급되지 않아 부상판과 접촉이 발생하였을 때, 자기윤활 특성을 가진 다공질판 위의 글래스는 1mm 홀을 많이 가진 사각덕트 부상판 위의 글래스와 조사, 비교된다.

• Wind and Structures
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• 제20권4호
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• pp.549-564
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• 2015

The three-dimensional unsteady incompressible Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and k-${\varepsilon}$ double equations turbulent model were used to investigate the effect on the measurements of anemometers due to a passing high-speed train. Sliding mesh technology in Fluent was utilized to treat the moving boundary problem. The high-speed train considered in this paper was with bogies and inter-carriage gaps. Combined with the results of the wind tunnel test in a published paper, the accuracy of the present numerical method was validated to be used for further study. In addition, the difference of slipstream between three-car and eight-car grouping models was analyzed, and a series of numerical simulations were carried out to study the influences of the anemometer heights, the train speeds, the crosswind speeds and the directions of the induced slipstream on the measurements of the anemometers. The results show that the influence factors of the train-induced slipstream are the passing head car and tail car. Using the three-car grouping model to analyze the train-induced flow is reasonable. The maxima of horizontal slipstream velocity tend to reduce as the height of the anemometer increases. With the train speed increasing, the relationship between $V_{train}$ and $V_{induced\;slipstream}$ can be expressed with linear increment. In the absence of natural wind conditions, from the head car arriving to the tail car leaving, the induced wind direction changes about $330^{\circ}$, while under the crosswind condition the wind direction fluctuates around $-90^{\circ}$. With the crosswind speed increasing, the peaks of $V_X,{\mid}V_{XY}-V_{wind}{\mid}$ of the head car and that of $V_X$ of the tail car tend to enlarge. Thus, when anemometers are installed along high-speed railways, it is important to study the effect on the measurements of anemometers due to the train-induced slipstream.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권5호
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• pp.345-357
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• 2011

최근 지구환경문제와 에너지원의 다각화를 위한 일환으로 파랑에너지를 이용하는 신재생에너지의 기술개발이 유럽과 일본 등을 중심으로 활발히 추진 및 실용화되고 있다. 특히, 케이슨 내의 공기실에서 파랑에 의한 수면의 상하운동으로 유도되는 공기흐름을 이용하는 진동수주형 파력발전시스템은 가장 효율적인 파랑에너지흡수장치로 알려져 있고, 따라서 상업화에 가장 근접한 파력발전장치 중에 하나이다. 본 연구에서는 진동수주형 파력발전구조물에서 터빈(Wells터빈)에 직접 작용하는 공기흐름속도를 2차원 및 3차원수치실험으로부터 검토하며, 이 때 형상의 변화에 따른 공기의 최대흐름속도를 추정하여 진동수주형 파력발전구조물의 최적형상을 논의한다. 수치해석에서는 기체와 액체의 혼상동적현상을 동일한 지배방정식으로 해석하는 혼상류(2상류)수치모델에 기초한 3차원수치파동수로를 적용하였다. 이로부터 입사주기대에 따라 최적형상의 크기가 상이하게 나타나는 것을 확인할 수 있었고, 최소의 반사율이 발생하는 주기 대에서 공기흐름이 최대로 된다는 것을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권1호
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• pp.32-41
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• 2006

본 논문에서는 직렬 배치된 익형이 동시에 플래핑 운동을 할 때의 추력 생성 과정과 유동특성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 익형의 운동 주파수, 진폭 및 전후방 익형 간의 상대거리 등에 대한 계산을 체계적으로 실시하여 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 먼저, 위상차 없이 전후방 익형이 동시에 병진운동을 할 경우 대부분의 주파수와 진폭 영역에서 후방익형의 추력과 추진효율이 최대화됨을 알 수 있었다. 플래핑 진폭이 0.2 코드, 무차원주파수가 0.75일 경우, 후방익형의 추진효율이 전방익형보다 37% 이상 개선되는 것으로 계산되었다. 단, 익형의 운동 진폭과 주파수가 임계치를 초과할 경우 전방익형의 뒷전와류에 의해 후방익형의 앞전와류의 강도가 강화되면서 전체적인 추력과 효율이 저하될 수 있다. 둘째, 전후방익형이 180도의 위상차를 갖고 운동을 할 경우에는 전방익형의 후류와 후방익형이 서로 반대방향으로 상호작용을 함으로써 결과적으로 공력특성이 악화되는 것을 알 수 있었다. 셋째, 후방익형의 배치 위치에 따른 특성은 수평방향으로는 두 익형사이의 거리가 멀어질수록 추력과 효율이 동시에 떨어지며, 수직방향 위치변화에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.