• Geomechanics and Engineering
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• 제13권1호
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• pp.1-23
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• 2017

A coupled liquid-gas-solid three-phase model, linking two numerical codes (TOUGH2/EOS3 and $FLAC^{3D}$), was firstly established and validated by simulating an in-situ air flow test in Essen. Then the coupled model was employed to investigate responses of multiphase flow and soil skeleton deformation to compressed air or freshwater injection using the same simulation conditions in an aquifer of Tianjin, China. The simulation results show that with injecting pressurized fluids, the vertical effective stress in some area decreases owing to the pore pressure increasing, an expansion of soil skeleton appears, and land uplift occurs due to support actions from lower deformed soils. After fluids injection stops, soil deformation decreases overall due to injecting fluids dissipating. With the same applied pressure, changes in multiphase flow and geo-mechanical deformation caused by compressed air injection are relatively greater than those by freshwater injection. Furthermore, the expansion of soil skeleton induced by compressed air injection transfers upward and laterally continuously with time, while during and after freshwater injection, this expansion reaches rapidly a quasi-steady state. These differences induced by two fluids injection are mainly because air could spread upward and laterally easily for its lower density and phase state transition appears for compressed air injection.

• Coupled systems mechanics
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• 제2권3호
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• pp.231-253
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• 2013

The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.

• Wind and Structures
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• 제19권5호
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• pp.481-503
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• 2014

A new theoretical model on rain-wind induced vibration (RWIV) of a continuous stay cable is developed in this paper. Different from the existing theoretical analyses in which the cable was modeled as a segmental rigid element, the proposed scheme focuses on the in-plane and out-of-plane responses of a continuous stay cable, which is identical with the prototype cable on cable-stayed bridge. In order to simplify the complexities, the motion law of the rivulet on the cable surface is assumed as a sinusoidal way according to some results obtained from wind tunnel tests. Quasi-steady theory is utilized to determine the aerodynamic forces on the cable. Equations of motion of the cable are derived in a Cartesian Coordinate System and solved by using finite difference method to obtain the in-plane and out-of-plane responses of the cable. The results show that limited cable amplitudes are achieved within a limited range of wind velocity, which is a unique characteristic of RWIV of stay cable. It appears that the in-plane cable amplitude is much larger than the out-of-plane cable amplitude. Rivulet frequency, rivulet distribution along cable axis, and mean wind velocity profile, all have significant effects on the RWIV responses of the prototype stay cable. The effects of damping ratio on RWIVs of stay cables are carefully investigated, which suggests that damping ratio of 1% is needed to well mitigate RWIVs of prototype stay cables.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권7호
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• pp.20-28
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• 2002

본 연구에서는 로터의 후류 효과 및 실속 후 특성을 고려하여 30kW급 상반회전 풍차 시스템에 대한 공력성능 해석을 수행하였다. 기본 공력이론은 모멘텀 이론과 2차원 준정상 공기력 이론을 통합한 형태를 사용하였다. 로터의 후류영향을 고려하기 위해 축소형 풍차 블레이드 모델에 대한 풍동시험 결과를 적절히 이용하였으며, 이로부터 보조로터를 지난 후류의 축속도 및 각속도 성분을 결정하였다. 또한, Glauert의 최적 작동판 이론과 Prandtl의 익단손실 효과를 고려하여 30kW급 풍차 시스템에 대한 최적 시위 및 비틀림 분포를 구하였으며, 기존의 단일 로터 시스템과의 공력성능 비교를 통하여 상반회전 풍차 시스템의 효율성 및 우수성을 입증하고자 하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제48권2호
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• pp.147-157
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• 2011

A RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) based numerical method is developed for the evaluation of ship resistance and self-propulsion performances. In the usability aspect of CFD for the hull form design, the field grid around practical hull forms is generated by solving a grid Poisson equation based on the hull surface grid generated from station offsets and centerline profile. A body force technique is introduced to model the effects of the propeller in which the propeller loads are obtained from potential flow analysis using an unsteady lifting surface method. The free surface is captured by using a two-phase level-set method and the realizable $k-{\varepsilon}$ model is used for turbulence closure. The hull attitude in vertical plane, i.e., trim and sinkage, is calculated by using a quasi-steady method and then considered in the computation by translating and rotating the grid system according to the values. For the validation of the proposed method, the numerical results of resistance tests for KCS, KLNG, and KVLCC1 and of self-propulsion test for KCS are compared with experimental data.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.95-103
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• 2016

본 논문에서는 변위응답 및 가속도 응답의 저감 효과에 있어서, 유리한 형상인 $180^{\circ}$ 나선형(Helical $180^{\circ}$) 초고층건물을 대상으로 풍진동실험을 수행하여 나선형 초고층건물의 공력불안정 진동 특성 및 공력감쇠 특성을 조사하였고, 정방형 초고층건물의 결과와 비교분석 하였다. 본 연구에서의 공력감쇠율은 RD법(random decrement technique)을 이용하여 평가하였다. RD법에 의해 평가된 공력감쇠율은 기존문헌 및 준정상가정이론 결과와 비교 검증하였다. 실험결과, 공력진동 실험결과 $180^{\circ}$ 나선형모형의 풍직각방향에 대한 공력불안정 진동은 발생하지 않는 것이 확인되었다. 정방형과 $180^{\circ}$ 나선형 형상에 대한 공력감쇠율을 살펴보면, X방향에 대한 공력감쇠율은 무차원 풍속이 증가와 비례하여 점진적으로 증가하는 경향이 나타났다. 반면, Y방향에 대한 공력감쇠율은 정방형모형과 매우 다른 양상이 나타나는 것을 알 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.661-674
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• 2002

본 연구의 목적은 Navier-Stokes 유체의 최적 제어 문제의 해를 얻을 수 있는 효과적인 수치해석기법을 개발하고, 이를 물체의 항력(drag)을 최소화하는 문제에 적용하는데 있다. 본 연구는 항력을 줄인다는 산업적인 중요성과 함께 최적 제어를 위한 하나의 효과적인 최적화 기법의 모델을 제공하고 있다. 항력을 줄이기 위한 방법으로써 물체의 경계면에서 유체의 흡입(suction)과 방출(injection)이라는 기법을 사용하여 경계면에서 속도를 제어하였고, 목적함수로써 항력을 표현하기 위하여 에너지 소실의 변화율을 사용하였다. 컴퓨터 용량을 최소화하고 최적화에서의 해의 보장성과 경제성을 위하여, Navier-Stokes의 해석을 위하여 페널티 방법을 사용하였고 최적화 기법을 위해서는 SQP 방법을 사용하였다. 그리고 Navier-Stokes 유체는 대단히 비선형성을 나타내기 때문에 최적화를 수행하기에는 매우 힘들다. 이를 위하여 연속기법(continuation technique)을 사용하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제14권2호
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• pp.136-150
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• 2002

시화호의 수질을 개선할 목적으로 배수갑문을 통하여 외해수를 자유롭게 유통하는 방안이 고려되고 있다. 좁은 갑문을 통해 외해와 연결된 하구호는 갑문을 열고 닫는 것에 따라 희석 확산되고 상류 하천의 유입과 바람에 의해서 순환이 영향을 받는다. 이런 하구호의 수질예측목적으로 3타원 유한체적모형인 CE-QUAL-ICM을 3차원의 유한요소 동수역학모형인 TIDE3B와 연계 적응하였다. 서로 다른 두가지의 모형을 접합하여 이용할 때 발생될 수 있는 오차를 질량보존을 만족하면서 최소로 줄일 수 있는 방법을 제시하였다. 실제 관측치와의 비교검증을 통한 후 일년간 모델을 시험한 결과, 미 확정적인 초기조건의 영향을 받아 계산 초기의 60일간의 신뢰성은 의문시 되었다. 그러나 이후에는 부영양화 인자나 다른 수질 인자들이 준정상상태에 다다르는 결과를 보여 초기의 영향을 원만히 다를 수 있는 완화방안이 필요할 것으로 판단되었다. 수체와 저질사이의 반응도 모의하였지만 이 영향은 크지 않아 장기간의 모의에서는 저질의 영향을 고려하지 않아도 무난할 것으로 판단된다. 본 연구에서 새롭게 적용된 기법을 이용한 모의결과는 하구호의 수질개선을 위해 부영양화를 저감하는 것뿐만 아니라 능동적인 순환을 고려하는데 만족스럽게 응용될 수 있는 가능성을 보여주고 있다.