유동 수치 해석 분야의 실험들은 복잡한 수학 방정식의 계산 과정으로 이루어져 있고, 이러한 실험을 수행할 수 있는 거대한 계산 자원과 그 자원을 효율적으로 관리할 수 있는 환경을 요구한다. 현재 수치해석을 위한 특정 목적의 실험을 수행할 수 있는 e-사이언스 환경에 대한 연구는 많이 진행되고 있으나 다양한 공학 교육 분야의 유동 해석을 위한 통합 수치해석 연구 프레임워크를 개발한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 그리드 자원을 효율적으로 이용할 수 있는 UNICORE를 기반으로 다양한 유동 해석을 위한 기본 프레임워크를 설계하고, 이에 대한 프로토타입으로 세 가지 유동 응용들에 대한 수치해석 연구를 통합 환경에서 수행할 수 있는 e-사이언스 프레임워크를 개발하였다.
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.
본 연구에서는 자연하천의 흐름에서 흔히 발생하는 천이류, 불연속류, 마른하도로의 파의 전파 등을 포함하는 복잡한 흐름을 해석하기 위한 고정확도 2차원 수치모형을 개발하였다. 하상경사항을 효율적으로 처리하기 위해 quasi-steady wave propagation 기법을 적용하여 해당 격자에 대한 생성항의 영향을 효율적으로 반영함으로써 쌍곡선형 적분 보존형의 2차원 천수방정식을 해석하였다. Fractional Step Method를 적용한 유한체적기법의 사용을 위해 HLL Riemann 해법을 이용하여 흐름률을 계산하였고, 시간 및 공간에 대한 2차 정확도를 만족하기 위해 MUSCL 기법을 적용하였다. 2차 정확도의 사용으로 불연속지점에서 발생하는 수치진동은 TVD 기법 적용을통해 제어하였다. 개발된모형은 2차원 제방 붕괴 및 댐하류부에 구조물이 존재하는 경우의댐 붕괴 모의를 통해실측치와의 검증을 실시하였다. 또한 하류부에 역경사가 존재하는 경우의 댐 붕괴 모의를 통해 실측치와 비교함으로써 생성항의 영향에 대한 모형의 적용성을 검증하였다.
In order to estimate volume transport by upwelling for single artificial seamount, same shape and size of artificial seamount already deployed was applied to numerical experiment. The result showed that strong upwelling appeared at front while took place downwelling at rear. The strongest upwelling existed at the top of the artificial seamount. Volume transport by upwelling was computed as 785 m3/s. Column arrangement was applied to two artificial seamount in three cases; case 1) no clearance, case 2) sixty-five meters of clearance as half of artificial seamount's length, and case 3) hundred-thirty meters of clearance as an artificial seamount's length. All cases of column arrangements showed more upwelling volume transport than that of single seamount. Particularly, the case of no clearance calculated as 106% and appeared the most upwelling effect comparing to two other cases. Row arrangement was also applied to two artificial seamount in three cases; case 4) no clearance, case 5) forty meters of clearance as an artificial seamount's width, and case 6) eighty meters of clearance as twice of artificial seamount's width. Upwelling volume transport in case 4 increased 48% than the case of single seamount. Other two cases of 5 and 6 were estimated as 97% increased and more effective than case 4. According to the case experiments, column arrangements show more upwelling volume transport than that of row arrangements. In cases of column arrangements, with decreasing clearance between two seamount, the effect increases while showing maximum value at clearance zero. In cases of row arrangements, on the contrary, with decreasing clearance between two seamount, the effect decreases while showing minimum value at clearance zero. Since simple barotropic condition was considered for this study, further study is necessary by considering baroclinic condition to get close to reality. In conclusion, in deploying artificial seamount, optimal arrangement should be well designed to enhance primary and secondary productivity and to increase the diversity of species as well as reducing time and space.
In this research a numerical simulation method is developed for moving body in free surface flows using fixed staggered rectangular grid system. The non-linear free surface near the body is defined by marker-density method. The body boundary is defined by line segment connecting the points where the body surface and grid line meet. Continuity equation and Navier-Stokes equations are used as governing equations and the equations are coupled with two-step projection method. The velocities and pressures of body boundary and free surface cells are calculated with simultaneous iterative method. To treat a body movement in a fixed grid system, the volume displaced by moving body is added to the divergence of the body boundary cell. For the verification of the present numerical method. vortex shedding period of advancing cylinder is calculated and the period is compared with existing experiment results. Moreover, added mass and damping coefficients of a vertically excited box are calculated and the computed results are compared with published experiment results. Impulsive pressure and water level variation due to sloshing phenomenon are simulated and the results are compared with published experiment results. Varying the plunger shape, the waves generated by plunging type wave maker are compared with the 2nd order Stokes wave theory The plunger shape generating the wave that shows the best agreement with the theory is represented.
SVE 공법은 휘발성 유기물로 오염된 불포화대의 정화 공법으로 널리 적용되어 왔다. 본 연구에서는 SVE 적용시 오염물 제거 기작을 관찰하기 위해 모형조 시험을 수행하였으며, 이로부터 SVE의 주요 특징인 tailing 현상, 즉 후반부로 갈수록 제거 속도가 급격히 느려지는 꼬리 효과를 확인하였다. 본 연구에서는 액상 막에서의 확산 제약 현상을 고려할 수 있는 수치 모델을 적용하였으며, 모형조 시험 결과와 구축된 수치 모델링을 통해 SVE의 전형적인 특징이 꼬리 현상을 적절하게 모사할 수 있었다. 또한 4가지 변수에 대한 민감도 분석을 수행하여, 총토양농도의 백분율은 액상확산계수가 클수록, 가스상 확산계수가 클수록, 실제확산경로가 짧을수록, 물포화도가 작을수록 빠르게 감소함을 확인하였다.
Direct Numerical Simulation was carried out to predict mass transfer in turbulent flow around a rotating stepped cylinder. This investigation is a follow-up study of Nesic et al. [Corrosion, Vol. 56, No. 10, pp. 1005 - 1014] The original motivation of this work stemmed from the efforts to design a simple device which can generate flows of high turbulence intensity at low cost for corrosion researchers. Two cases were considered; Sc=1 and 10 both at Re=335. Here, Sc and Re stand for Schmidt number and Reynolds number, respectively, based on the step height and the surface speed of the cylinder upstream the step. Main focus was placed on the correlation between turbulent fluctuation and concentration field. The spatio-temporal evolution of concentration field is discussed. The numerical results are qualitatively compared with those of the experiment conducted with the same flow configuration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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