• 한국해안해양공학회지
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• 제19권5호
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• pp.484-491
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• 2007

규칙파와 수면아래 잠긴 수평판 사이의 비선형 상호작용을 규명하기 위하여 수치파동수조를 이용하여 수치 실험을 수행하였다. 수치모델로 비선형 포텐셜 이론을 근거로 한 고차 경계요소법과 Navier Stokes 방정식과 엄밀한 자유표면 경계조건식을 푸는 CADMAS-SURF을 사용하였다. 두 모델 모두 수평판 위의 천수역에서 발생하는 고차 조화항들을 예측할 수 있으며 점성효과를 포함하는 CADMAS-SURF는 수평판 양단에서 발생하는 와류와 박리에 의한 고차 조화항의 발생을 재현할 수 있다. 수평판의 잠긴 깊이와 길이 변화에 따른 반사율과 투과율을 Patarapanich and Cheong(1989)의 모형실험결과와 비교하였고 서로 잘 일치함을 확인하였다. 수평판의 길이가 길어지고 잠긴 깊이가 얕아질수록 입사파의 에너지가 고차 조화항으로 더 많이 전이됨을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권12호
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• pp.1061-1069
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• 2010

본 연구에서는 미세 간극을 지나는 압축성 내부 유동 문제에 대해 간략화된 축대칭 모형을 제안하였다. 수치 해석과 실험을 통하여 미세 간극에 의해 형성되는 고리 모양의 좁은 단면을 지나서 아음속 유동이 가속되어 발생하는 초킹 현상을 관찰하였다. 질량 유량과 차압 사이의 관계를 구하고, 대응되는 실험 결과와 비교하여 수치 결과의 타당성에 대해 논하였다. 또한 축대칭 압축성 Navier-Stokes 방정식의 수치해석을 통하여 초킹 이후의 초음속 제트 유동장의 형성 및 이의 회절을 가시화하였다. 본 연구를 통하여 자동차 동력계의 밸브 등 많은 응용 분야를 지닌 미세 간극의 축대칭 압축성 유동에 대한 물리적 이해를 확대하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제53권6호
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• pp.494-502
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• 2016

The accurate assessment of hull-appendage interaction in the early design stage is important to control the inflow to the propeller plane, which can cause undesirable hydrodynamic effects in terms of cavitation phenomenon. This paper describes a numerical analysis for the flow around a fully appended surface ship model for which KRISO has carried out a model test in the Large Cavitation Tunnel(LCT). This numerical study was performed with the LCT model test in a complementary manner for a good reproduction of the wake distribution of surface ships. A second order accurate finite volume method provided by a commercial computational fluid dynamics(CFD) program was used to solve the governing Reynolds Averaged Navier-Stokes(RANS) equations, where the SST $k-{\omega}$ model was used for turbulence closure. The numerical results were compared to available LCT experimental data for validation. The calculations gave good predictions for the boundary layer profiles on the walls of the empty cavitation tunnel and the wake at the propeller plane of the fully appended hull model in the LCT.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권3호
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• pp.8-17
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• 2002

RANS 방정식의 수치 해법을 사용해서 선박용 추진기 주의의 점성 유동을 계산함으로써 모형 프로펠러 3개(P4119, P4842, KRISO 포드 프로펠러)의 단독 성능을 해석하였다. 프로펠러 단독성능과 날개 압력 분포 그리고 프로펠러 근방의 평균 속도 분포에 대한 본 연구의 수치 해석 결과를 실험 결과와 비교하였으며, 대체로 두 결과가 서로 잘 일치하는 것이 확인되었다. 그러나, 프로펠러 날개 앞날의 압력과 포드 프로펠러의 단독 성능에 대한 본 연구의 결과는 실험 결과와 잘 맞지 않는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제3권4호
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• pp.21-31
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• 1983

흐름단면(斷面)이 급변화(急變化)하는 개수로(開水路)의 순환현상(循環現象)을 깊이에 대하여 적분(積分)한 2차원(次元) Navier Stockes 연속방정식(方程式)을 Galerkin 형(型) 유한요소법(有限要素法)을 이용(利用)하여 수치적(數値的)으로 해석하였다. 1차원구형수로(次元矩形水路)의 수치해석(數値解析)에서 implicit 방법(方法)과 explicit 방법(方法)을 적용(適用)한 결과(結果) 수치해(數値解)는 정확해(正確解)와 잘 맞았으며, 확대부(擴大部)가 있는 개수로(開水路)에서는 수치실험(數値實驗)에 의해 예상(豫想)된 흐름 상태(狀態)가 얻어졌으며 순환(循環)의 중심(中心)은 기하학적(幾何學的) 중심(中心)과 일치하였으나 유속(流速)의 크기는 작게 나타나 개선(改善)이 요망된다. 교각(橋脚) 등(等)의 장애물(障碍物)이 있는 수로(水路)에서 수치모형(數値模型)에 의해 계산(計算)한 수면곡선(水面曲線)은 수리모형실험결과(水理模型實驗結果)와 근사(近似)하게 나타나 배수영향(背水影響)을 해석할 수 있는 수단(手段)으로서 개발가능성을 제시하는 것으로 판단된다.

• 한국해양공학회지
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• 제11권2호
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• pp.100-106
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• 1997

Viscous flow around an actual ship is calculated by an use of RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes) solver. Reynolds stress is modelled by using k-$\varepsilon$ turbulence model and the law of wall is applied near the body. Body fitted coordinates are introduced for the treatment of the complex boundary of the ship hull form. The transformed equations in the computational domain are numerically solved by an employment of FVM(Finite Volume Method). SIMPLE(Semi-Implcit Pressure Linked Equation) method is adopted in the calculation of pressure and the solution of the disssssssscretized equation is obtained by the line-by-line method with the use of TDMA(Tri-Diagonal Matrix Algorithme). The subject ship model of actual calculation is 4,410 TEU class container carrier. For 4 geosim models the calculated viscous resistancce values are compared with the model test results and analyzed on their componentss. The resistance performance of an actual ship is predicted very resonably, so this mothod may be utilized as a design tool of hull form.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.103-103
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• 2021

실험실에서의 파랑생성에 흔히 사용되는 피스톤형 조파장치는 수심에 따라 유속이 동일하게 생성된다는 제약이 있어 주로 천해파의 생성에 적합한 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 제약조건 없이 다양한 유속분포의 파형을 생성하는 수직 다열화된 조파장치가 개발되었다. 우선, 수심방향으로 이산화된 각 패들(paddle)의 스트로크에 대해 선형해석해가 유도되었다. 개발된 해석해는 패들의 수 및 유속분포에 따라 기존의 피스톤형 혹은 플랩형 조파장치 해석해로 근사함이 밝혀짐으로써 포괄적으로 활용될 수 있음이 확인되었다. 즉 개발된 해석해를 활용하면 선택적으로 피스톤형 및 플랩형 조파성능이 구현될 수 있다. 더불어 개발된 해석해는 다상유체의 내부파 생성에도 확정되어 적용가능함이 확인되었다. 다음으로, 개발된 조파장치를 수치적으로 구현하였다. 오픈소스 3차원 수치모형인 OpenFOAM 중, 두 개 이상의 불연속 및 비압축 유체에 대한 Navier-Stokes 방정식을 해결하는 수치 모듈을 사용하여 제안된 수직다열화된 조파장치의 성능이 평가되었다. 이때 동적격자모델(olaDyMFlow)을 결합함으로써 개발된 조파장치 움직임이 물리적 조파장치와 흡사하도록 수치적으로 구현하였다. 모의결과, 여러 개의 다열화된 패들이 층류 흐름 조건에서 심해파를 효율적으로 생성시키고, 중간수심 파랑조건에서는 제안된 조파장치가 상대적으로 덜 유리함을 확인할 수 있었다. 마지막으로 공기, 기름 및 물 등 3상의 흐름조건에서 단 두 개의 패들을 활용하여 각각 내부파 및 표면파를 생성하되었으며, 모의 결과는 해석해과 비교됨으로써 개발된 조파장치의 성능이 검증되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.44-44
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• 2015

저수지나 하천 사면에서 발생하는 산사태와 토석류는 저수지와 하천 수체에 충격을 가한다. 이로 인해 발생하는 수면 충격파는 전파되어 반대편 제방으로 파의 처오름 또는 댐 제체위로의 물넘이로 큰 피해를 줄 수 있다. 최근 외국에서는 2차원 충격파 생성 및 전파의 기본 과정을 구명하기 위한 실험적 연구가 이뤄지고 있으며, 이들 연구들은 충격파의 발생과 전파, 사면활동 물질과 수체의 상호작용 그리고 자유 수면과 유속분표의 발달에 대한 자세한 관측 자료를 제시하고 있다. 아울러 충격파에 영향을 주는 지배 매개변수를 제시하고 있다. 하지만, 이러한 실험적 연구의 최근 진보에도 불구하고, 이들 지배 매개변수를 고려한 충격파 지배공식들은 대상 지역의 복잡한 바닥 지형이나, 평면적 지형 변화를 단순한 추정치로만 고려하게 된다. 따라서 복잡한 지형조건에서 토석류와 수체의 상호작용과 수면 충격파의 전파를 합리적으로 해석하는 데는 한계가 있다. 이 경우 수치모델링 기법을 대안으로 적용할 수 있으나, 수치모델링은 수면에서 충격파의 전파와 수중에서 토석류의 전파를 동시에 모의해야 하고, 뉴턴 유체와 비뉴턴 유체의 특성을 동시에 고려해야하므로 수치해석 연구자들에게는 하나의 큰 도전사항이다. 이 연구는 경계면 포착기법을 이용한 계산유체동력학 기법을 이용하여 사면활동과 이로 인한 정지 수역에서의 충격파의 발생 및 전파를 재현하기 위한 수치 모델링 기법을 개발하는 것이 목적이다. 사면활동과 수면의 경계면을 포착하고 위치를 정립하기 위해서 VOF (volume of fluid) 경계면 재구축 기법을 이용한다. 지배 방정식은 비압축성(incompressible) 질량 보존방정식과 나비어-스톡스(Navier-Stokes) 방정식이며, 서로 다른 유체의 상(phase)애 대한 체적분할이송방정식을 이용한다. 큰와 모의 계열의 난류 모델링 기법을 적용하여 충격파의 전파와 붕괴에 대한 난류의 영향을 고려하였다. 토석류는 비뉴턴 흐름저항 관계식을 적용하여 그 흐름특성을 재현하였다. 이들 지배방정식은 2차 정확도의 유한체적법(finite volume method)을 이용하여 해석한다. 외국의 연구자들이 관측하여 제시한 길이 11 m 그리고 폭 0.5 m의 수로에서 발생한 충격파를 수치적으로 재현하여 개발된 모형의 실제 문제에 대한 적용성을 보여준다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.281-281
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• 2019

수리모형실험은 수로 내에서 장시간 파랑을 발생시킬 경우, 수로 내에 반사 파랑의 성분이 누적될 수 있어 상당한 계측 오차를 발생시킬 우려가 있어 수리모형실험 결과의 검증이 필요하다. 일반적으로 수리모형실험 결과의 검증을 위해서는 동일 실험을 무수히 반복하여 불확실성을 제거하거나 다양한 수리실험실에서 수리모형실험을 수행하고 결과를 분석하여 불확실성을 제거할 수 있다. 그러나 이는 엄청난 시간과 노력은 물론 막대한 실험비용이 소요되기 때문에 경제적으로 효용성이 매우 낮아 현실적으로 수행이 어렵다. 이에 비해 수치모형실험은 상대적으로 저렴한 비용으로 수행할 수 있으며, 다수의 실험을 수행하지 않아도 불확실성을 제거할 수 있어 수리모형실험의 검증에 효율적이다. 일반적으로 난류 거동을 동반하는 복잡한 구조물 주변의 흐름 해석에는 3차원 CFD 모형이 필요하다. 특히, 병렬연산이 가능한 CFD 모형을 활용하면 수리모형실험에서도 재현이 쉽지 않은 다양한 조건에 따른 복잡한 흐름을 해석할 수 있어 효용성이 점점 증가하고 있다. 그러나 복잡한 구조물이 존재하게 되면 구조물에 재현에 막대한 격자구조가 필요하여 현실적으로 적용이 쉽지 않다. 이에 대한 대안으로 복잡한 구조물을 비교적 큰 격자에서 재현할 수 있는 가상경계법을 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 가상경계법은 Navier-Stokes 방정식에서 유체 내에 존재하는 고체를 모멘텀 이론으로 대체하여 고려하는 기법으로 수치모델링 수행 시 매질을 유체만으로 구성할 수 있어 안정적으로 적용할 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 과업에서는 다양한 분야에서 널리 활용되고 있는 3차원 CFD 모형인 OpenFOAM®기반으로 파랑해석에 필요한 경계조건을 계산할 수 있는 olaFlow를 활용하여 복잡한 구조물을 지나는 파랑해석을 수행하기 위해 가상경계법을 olaFlow에 도입한 수치 알고리즘을 개발하였다. 개발한 수치알고리즘을 활용하여 복잡한 구조를 수치모델에서 재현하였으며, 수치모델에 적용된 수치 알고리즘의 안정성에 대해 고찰하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2007년도 학술발표회 논문집
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• pp.522-526
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• 2007

항공사진을 이용하여 하천의 경년변화를 조사하다 보면, 사주 변동에 따라 하천의 주 흐름이 다양하게 변화되고 있음을 알 수 있다. 이처럼 특정 하천의 지정된 구간에서의 흐름변동은 많은 시간에 걸쳐 이루어진다. 바꾸어 말하면, 짧은 시간 동안 자연하천에서의 주 흐름 변화를 관찰 하기는 일반적으로 매우 어렵다. 본 연구에서는 이틀이라는 짧은 시간 동안에, 하천에서의 주 흐름 변동에 따른 특성변화를 조사하였다. 이러한 조사는 "조정지 댐에서의 수문 조작"이라는 인위적인 방법을 동원함으로서 가능하였다. 모든 조정지 댐에서는 하천 유지를 위한 일정양의 물을 수문을 통하여 방류한다. 대청댐 하류에 있는 조정지 댐에는 폭이 약 10m에 이르는 10개의 수문이 있다. 평상시에는 우안으로부터 5번째에 있는 중앙의 수문을 개방하여 초당 약 18톤의 물을 방류한다. 그러므로 본 연구에서는 방류하고자 하는 지점의 수문높이를 조정하여 일정량을 유지한 채, 수문의 위치를 중앙에서 좌안 그리고 우안의 순으로 변경 하였다. 방류 수문 위치를 변경함에 따라 하천에서의 수리특성을 조사하기 위하여, 흐름이 안정 될 때까지 충분히 기다린 후, 각각의 경우에서의 하류지역을 대상으로 현지관측 및 수치실험을 실시하였다. 조사는, 첫째 지형측량, 유량측정 및 수위변동 등을 포함한 정밀현장조사, 둘째 일반적인 모델에 정밀조사 결과를 적용시킴으로서 얻을 수 있는 가시화 기법 개발 등의 순으로 진행하였다. 수치실험에 사용한 모델은 하천에서의 흐름거동을 2차원적으로 해석하는데 많이 사용되고 있는 상용프로그램인 SMS (Surface-Water Modeling System)의 RMA2 모형이다. 이모형은 RMA (Resource Management Associates, Inc.)에 의해 처음 개발된 2차원 유한요소 모델이며 지배방정식은 z방향을 수심 적분한 2차원 천수방정식으로, x와 y방향에 대한 Navier-Stokes 방정식과 연속 방정식으로 구성된다. 본 연구에서는 현장 조사 시 지배인자 파악의 중요성 및 수치계산을 위한 검증자료의 필요성을 강조하기 위하여, 일반적인 방법으로 수행한 계산 결과 및 다양한 현장 특성을 고려한 계산 결과를 비교 하였다. 그 결과 본 연구는 (1)최신 장비들의 도입 및 검증과 기존 장비의 활용 범위 확대, (2)기존의 상용 프로그램을 이용한 하천 흐름특성의 가시화 실현 등에 의의가 있다고 사료된다.