• 자원리싸이클링
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• 제32권2호
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• pp.33-42
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• 2023

금속 에멀젼(metal emulsion)은 제강 공정의 효율성을 높이는 방법으로 수십 년 동안 연구되어 왔습니다. 본 연구는 육안으로 관찰하기 어려운 고온 실험의 단점을 보완하기 위해 상온에서 관찰 가능한 수모델을 이용하여 수행하였다. 슬래그 내 금속 에멀젼의 대신하여 증류수를 실리콘 오일에 적하하여 운동량 균형 방정식에 의한 계산 결과와 비교하는 실험을 하였다. 물방울의 하강 속도는 물방울의 직경과 유체(실리콘 오일)의 점도가 증가함에 따라 감소하였다. 교반 조건에서 실리콘 오일에서 물방울의 하강 속도를 시뮬레이션하기 위해 유체(실리콘 오일)의 유속을 입자 이미지 속도계(PIV) 방법으로 측정하였다. 물방울의 하강 속도 계산은 점성 실리콘 오일을 교반하거나 교반하지 않고 측정된 값과 잘 일치하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.169-182
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• 2016

This paper is the third investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous works, several assumptions used in the steady flow bench were examined and the flow characteristics were estimated both by the conventional impulse swirl meter and a particle image velocimetry at 1.75B position. From these works, it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems and both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75B plane. Therefore, the understanding of the detail velocity profiles is very important to keep discussing the issues about the steady flow evaluation method. For this purpose, the planar velocity profiles were measure at 1.75B position by particle image velocimetry and the characteristics were examined according to the valve angles and lifts. The results show that the planar velocity profiles of 11, 16, $21^{\circ}$ valve angle heads according to the lift are similar to each other, however, that of $26^{\circ}$ angle is an exceptional case in the all aspects. In addition, the swirl behaviors are not apparent up to 6~8 mm lift under the $21^{\circ}$ angle and somewhat arranged motions are observed over the whole plane near the highest lift. At this point, the narrower the angle, the lower the lift at which the swirl motions become clear. On the other hands, when the angle is $26^{\circ}$, the center of swirl is always farthest from the cylinder center and only the indistinct swirl is observed even if at the highest lift. Also, all the swirl centers are quite apart from the cylinder center so that the effect of eccentricity may not be negligible at 1.75B regardless the valve angle. Related to the tangential velocity along with the radial direction, the bands of the velocity distribution are very wide and the mean velocities of cylinder center basis are lower than the velocity which is assumed in the ISM evaluation. Lastly, the mean tangential velocity profiles of swirl center basis are sometimes higher than that of ISM-assumed up to 0.6 non-dimensional distance less than 6mm lift, however, as the lift increases the profiles are different according to the angles and profile $11^{\circ}$ is the most closed to the ideal profile. Consequently, the real velocity profile is far from the assumption of ISM evaluation.

• 대한조선학회논문집
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• 제50권5호
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• pp.324-333
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• 2013

Recently, rudder erosion due to cavitation has been frequently reported on a semi-spade rudder of a high-speed large ship. This problem raises economic and safety issues when operating ships. The semi-spade rudders have a gap between the horn/pintle and the movable wing part. Due to this gap, a discontinuous surface, cavitation phenomenon arises and results in unresolved problems such as rudder erosion. In this study, we made a rudder model for 2-D experiments using the NACA0020 and also manufactured gap flow blocking devices to insert to the gap of the model. In order to study the gap flow characteristics at various rudder deflection angles($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $35^{\circ}$) and the effect of the gap flow blocking devices, we carried out the velocity measurements using PIV(Particle Image Velocimetry) techniques and cavitation observation using high speed camera in Seoul National University cavitation tunnel. To observe the gap cavitation on a semi-spade rudder, we slowly lowered the inside pressure of the cavitation tunnel until cavitation occurred near the gap and then captured it using high-speed camera with the frame rate of 4300 fps(frame per second). During this procedure, cavitation numbers and the generated location were recorded, and these experimental data were compared with CFD results calculated by commercial code, Fluent. When we use gap flow blocking device to block the gap, it showed a different flow character compared with previous observation without the device. With the device blocking the gap, the flow velocity increases on the suction side, while it decreases on the pressure side. Therefore, we can conclude that the gap flow blocking device results in a high lift-force effect. And we can also observe that the cavitation inception is delayed.

• 해양환경안전학회:학술대회논문집
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• 해양환경안전학회 2006년도 추계학술발표회
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• pp.277-282
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• 2006

선박에서 제어판를 가지는 주요목적은 선박의 운동을 제어하는 것이다. 제어판은 단동타나 고종판에 이동할 수 있는 부분을 혼합하여 사용되는 것으로 구성되어있다. 제어판은 이런 목적에 맞게 수행될 수 있는 고유의 기능을 가지고, 이는 유체와 관련된 방향과 운동의 결과로 제어력을 증가시키는 것이다. 힘과 운동은 회전과 영각의 결과로서 발생하고, 선박의 조종특성을 결정한다. 본 연구에서는 플랩타의 2차원 단면에 대한 연구를 수행하였다. 플랩타의 유통특성을 파악하기 위하여 각각의 영각과 플랩각을 변화시켜가며 모형실험을 수행하였으며, 유통장내의 속도분포를 얻기 위하여 PIV계측기법 중 동일입자 추적법의 하나인 2프레림 입자추적법을 사용하였다. 모델실험은 $Re=2.8\times10^4$에서 수행하였으며, 계측된 결과들을 서로 비교하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제20권6호
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• pp.760-767
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• 2014

본 연구에서는 길이가 다른 장방형 실린더 사이에서 발생하는 제트류가 후류에 미치는 영향을 알아보기 위해 회류수조에서 PIV기법을 사용하여 실험을 실시하였다. 장방형 실린더의 높이(h)와 실린더 사이의 간격(gap)은 10mm이며 폭(B)은 300mm로 하였다. 유동방향의 모델의 길이(L)는 30mm, 60mm, 90mm 및 120mm를 각각 적용하였으며, 모델의 높이(H=30mm)를 기준으로 길이의 비가 1, 2, 3,및 4이다. 유입유동은 조류의 수심에 따른 차이를 감안하여 모델의 높이(H)를 기준으로 $Re=1.4{\times}10^4$, $Re=2.0{\times}10^4$, $Re=2.9{\times}10^4$를 각각 적용하였으며. 유동계측을 위한 영역은 실린더 후방으로 모델 높이의 5배까지 설정하였다. 실험결과 유속이 증가함에 따라 와의 크기가 후류영역으로 증가하며, 근접 후류에서는 장방형 구조물일수록 관통류의 속도성분이 증가하는 특성을 나타냈다. 또한 후류로 갈수록 속도결손은 유입유동이 증가할수록 종횡비가 작은 경우에 크게 나타났다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.101-101
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• 2011

현재 국내에서 시행되고 있는 '4대강 살리기 사업'은 하천에서 발생하는 홍수 및 가뭄재해방지를 위한 다양한 공학적 노력을 시도하고 있다. 특히 안정적인 수위 및 유량확보와 홍수방지를 위한 보(weir)가 4대강 유역에 16개 설치되고 있다. 이러한 보 구간에는 고정보와 가동보가 복합적으로 설치되고 있으며 가동보는 그 형상과 운영방식에 따라 다양한 설계방안이 적용되었다. '4대강 살리기 사업' 중 낙동강 23공구의 강정보 공사 구간에는 원호형태의 측면 형상을 갖는 라이징 섹터게이트(Rising sector gate)가 적용되었다. 라이징 섹터게이트는 구조물의 높이가 낮고 수문의 개폐장치가 수문피어 구조물 내에 설치되어 경관이 우수하며, 구조가 간단하여 비체와 수류의 안정성이 뛰어나기 때문에 4개의 공사구간에 적용되었다. 따라서 본 연구에서는 강정보의 가동보 구간 2문 중 1문을 1/100 축척으로 제작하여 가변경사 개수로에 설치하고, 홍수 빈도별 상류 유량 조건과 하류단 수위조건으로 케이스를 정하여 실험을 수행하였다. 본 실험에서 사용한 개수로 장치는 너비 0.6 m, 높이 0.8 m, 그리고 길이 15.0 m(측정가능 구간, 헤드탱크와 테일게이트 부제외)의 개수로 실험장치이다. 측부는 모두 강화유리로 되어 육안관찰 및 계측 시 용이하게 제작되었으며, 순환식 유량 공급장치를 구축하여 수로의 하부에 설치된 유량탱크로부터 계속적으로 순환하도록 설계되었다. 또한 수로 하단으로부터 상단방향으로 약 33 m 지점에 전동 유압식 Jack screw 2기가 설치되어 경사도를 조절할 수 있도록 제작되었다. 유량조절용 판넬의 제어기판에는 디지털 경사계가 설치되어 있기 때문에 보다 정확한 경사도의 조절이 가능하다. 보 모형의 총연장은 53 cm이며 폭은 45 cm이다. 섹터게이트의 게이트부분은 직경 15 cm로 설계하였다. 문주부분을 포함한 모든 모형은 아크릴로 제작하며 레이저의 주사를 방해하지 않으며 투과율을 최대로 할 수 있도록 고강도의 아크릴을 가장 얇게 하여 중공형태를 채택하였다. 실험조건은 우선 보의 운영방안에 따라 게이트의 4가지 개방도를 설정하였고, 특히 평수위조건에서는 보의 상류부에 퇴적된 퇴적물의 세척을 위한 flushing 운영개방도 포함되어 있다. 홍수시에 대한 유량조건은 2년 빈도에 해당하는 유량을 수문의 비율과 상사법칙에 따라 설정하였으며 하류단 수위조건도 동일한 조건에 대한 값을 채택하여 적용하였다. 유동장의 해석을 위해서는 비접촉식 계측방법인 PIV(Particle Image Velocimetry) 시스템을 채택하여 2차원(x-z 방향) laser sheet를 생성하고 주입된 particle에서 반사된 변위(displacement) 정보를 상호상관(cross-correlation)기법으로 유동장을 계산하였다. 또한 수리모형과 동일한 지형격자를 구축하여 3차원 CFD 프로그램인 FLOW-3D로 계산하여 결과를 비교하였다. 특히 flushing 운영방안에 대한 게이트부의 개방도를 세가지(30, 45, $60^{\circ}$)로 구분하여 모의하였고, 적절한 개방도를 제안하고자 하였다. 실험결과는 우선 4가지 운영방안에 대한 가동보 주변에서의 유속장을 파악하였고, 최대유속의 발생위치의 변화를 확인할 수 있었다. 그리고 이에 따른 보의 바닥에서 최대유속이 발생할 경우, 하상보호공 위치와 거리 등에 대해서 분석하였다. 이를 통해 가동보 운영에 따른 다양한 유속구조를 파악할 수 있게 되며 구조적 안정성 확보를 위한 검증자료로 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 향후, 가동보 운영방안 중 수세효과(flushing effect)에 대한 효과분석을 위해 게이트부 상류구간에 적절한 입경과 비중의 퇴적물질을 설치하는 연구와 상류부에서의 유입유사농도 및 시간변화에 따른 퇴적에 관한 연구를 수행할 계획이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권8호
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• pp.1180-1186
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• 2009

이 실험적인 연구는 오픈 캐비티에서 경사후방벽면을 가지고 있는 유동장안의 제어봉이 있고 없음과 제어봉의 위치에 따른 유동 내부특성을 알고자 하였다. 속도 측정법으로는 흐름과 입자 영상의 가시화가 가능한 PIV기법을 이용하여 레이놀즈수의 변화와 속도에 대하여 고찰하였다. 제어봉의 어느 위치가 캐비티 내부유동 특성에 영향을 적게 주며, 전단 혼합 층이 유동장 상부와 하류 쪽으로 이동하는지에 대한 레이놀즈수의 임계점을 알고자 하였다.그 결과, 제어봉의 위치 L/H=0.2에서, 제어봉의 위치를 각각 상이하게 정하여 보았으나, L/H=0.2의 경우가 가장 캐비티에 영향을 적게 주는 것으로 판단된다. 주와류 후방의 흐름이 상부로 서서히 치우쳐 있으며 레이놀즈수가 증가할수록 이러한 현상은 뚜렷해지고, 이것은 y/H=1.0 전후의 주 흐름은 제어봉의 효과로 캐비티 상부에 발생한 주 와류의 위쪽으로 치우쳐 하류로 진행하기 때문으로 판단된다. 이러한 현상은 레이놀즈수가 증가하면서 더욱 뚜렷해지며 그 임계점은 $Re=1.0{\times}10^4$전후임을 알 수 있었다. 제어봉의 위치가 L/H=0.1의 경우 레이놀즈수의 증가 ($Re=6.0{\times}10^3$, $Re=8.0{\times}10^3$, $Re=1.0{\times}10^4$, $Re=1.2{\times}10^4$)에 따라 상부에 이중와류 구조가 발생하고, 캐비티 상부의 전단 혼합 층이 증가함에 따라 하단부의 속도분포가 더 안정적인 모습도 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권9호
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• pp.751-759
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• 2015

본 연구는 상류측에 작은 정삼각주를 가진 원주의 유동장 특성을 양 항력측정 실험과 PIV를 이용한 가시화 실험으로 파악한 것이다. 실험 파라메터는 원주의 직경에 대한 정삼각주의 폭비(H/B=0.2~0.6) 및 원주의 전면에서부터 정삼각주까지의 거리 (G/B=0~3) 로 했다. 정삼각주의 폭비를 고정시킨 경우 원주의 항력감소율은 간격비가 증가할수록 증가하다 감소하는 특성을 보였다. 또한 같은 간격비에서는 정삼각주의 폭비가 클수록 원주의 항력감소율이 컸다. 원주의 Strouhal 수는 간격비가 증가할수록 증가하다 감소하는 특성을 보였다. 정삼각주을 설치한 경우 원주 상류측과 하류측에 정체영역이 나타났으며, 그 크기는 상류측은 삼각주의 폭비가 클수록 증가하는데 비해, 하류측은 거의 일정했다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제24권2호
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• pp.242-254
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• 2016

This paper is the forth investigation on the evaluation methods of flow characteristics in a steady flow bench. In the previous works, it was concluded that the assumption of the solid rotation might cause serious problems and both of the eccentricity and the velocity profile distort the flow characteristics when using the ISM at 1.75B plane. Also particle image velocimetry (PIV) measurement at this position showed that the real velocity profile was far from the assumption of ISM evaluation. In this paper, the planar velocity profiles were measure from 1.75B to 6.00B position by PIV and the characteristics were examined according to the valve angles and lifts for further investigations about the effect of the position on the velocity profile. The results show that $26^{\circ}$ valve angle is always an unique exceptional case in all aspects. If the valve angle is $21^{\circ}$ and below, the planar velocity profiles according to the lift and the position are similar to each other, however, the tangential velocity curves along with the radial direction have common tendencies up to $16^{\circ}$ angle. Also the well arranged swirl behaviors are generally observed at the position above 3.00B and the velocity contour lines come closer to the concentric circle as the valve lift increases. In addition, the gradient of tangential velocity along with the radial direction from the swirl center becomes stable and constant as the position goes downstream. Concurrently the velocity gradient is larger to the eccentric direction of the center. In the meantime the tangential velocity curves along with the radial direction are irregular and various at 1.75B, however, they become regular and reach higher level as the evaluation position goes downstream. At this time the curves of 4.50B are the best fitted to the ideal one. On the other hand in an exceptional case, $26^{\circ}$, the velocity contours are very complicated over 6mm valve lift regardless the position and the gradient increases to the opposite direction of the eccentric center. Also, 6.00B is a best fitting position in the geometrical cylinder center base. With respect to the swirl center, the distribution range of centers for 1.75B is different to that for the other positions and the eccentricities of this plane are larger regardless the valve angle. After 1.75B, there is no certain tendency in the center position change according to the valve angle and lift. Additionally, the eccentricities are not sufficiently small to neglecting the effect on ISM measurement.

• 대한기계학회논문집B
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• 제40권6호
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• pp.373-381
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• 2016

본 연구는 고 레이놀즈 영역에서 후류측에 분리된 분할판(Detached splitter plate)을 가진 원주의 유동장 특성을 양 항력측정 실험과 PIV를 이용한 가시화 실험으로 파악한 것이다. 실험파라메터는 원주 한변의 길이에 대한 분할판의 폭비(H/B=0.5~1.5) 및 원주 후면에서부터 분할판의 앞전까지의 거리(G/B=0~2)로 했다. 분할판의 폭비를 고정시킨 경우 원주의 항력감소율은 간격비가 증가할수록 증가한 후 감소하는 특성을 보였다. 또한 같은 간격비에서는 분할판의 폭비가 클수록 원주의 항력감소율이 컸다. 분리된 분할판의 설치에 의해 분할판의 상, 하부에는 서로 반대방향의 볼테스가 발생되었고, 이 볼텍스가 원주 후류측에 역류를 발생시켜, 원주에 작용하는 항력을 감소시켰다.