• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.369-381
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• 2017

쇄파역에서 흔히 관측되는 왜도된 비선형 파랑은 정현파에 비해 상대적으로 큰 관성력을 지녀 투과율에 미치는 영향이 상당할 것으로 추정되어왔다. 본고에서는 이러한 추론을 확인하기 위해 왜도가 1.02에서 1.032에 분포하는 총 여섯 개의 파랑을 대상으로 한 수치모의를 수행하였다. 수치모의는 OpenFoam 기반 Tool box인 ihFoam을 사용하여 수행하였으며, 왜도된 비선형 파랑은 경사가 1:30인 천퇴를 이용하여 유도하였다. 투수층에서의 유동은 Navier Stokes Eq.에 추가 항력을 도입하여 해석하였으며, 모의결과 왜도된 비선형 파랑은 정현파에 비해 큰 관성력으로 인해 상대적으로 큰 투과율을 지니는 것으로 모의되었다. 또한 Porous층에서의 Damping으로 인한 파속변화 여부를 살펴 보기위해 Damping이 반영된 천수방정식으로부터 분산관계식을 새로이 유도하였으며, 그 결과 투과성 방파제에서의 파형과 마찰력 사이의 위상차가 파속에 영향을 미치는 것으로 보인다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권1호
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• pp.72-78
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• 2008

본 연구에서는 블레이드 구조 변형 효과를 고려하여 스테이터-로터 상호간섭 케스케이드 모델의 성능평가를 위한 유체-구조 연계해석 시스템을 개발하였다. 고정된 스테이터와 회전하는 로터는 상호간섭 영향이 유동해석에 고려되었으며, 레이놀즈-평균화 난류 방정식인 Spalart-Allmaras 모델과 k-ω SST 난류 모델이 압축성 유동박리 효과를 고려한 유동하중을 예측하기 위해 적용되었다. 정적인 유체-구조 연계해석과 수렴율 증진을 효과적으로 수행하기 위하여 큰 인공 감쇠를 가지는 연계 Newmark 시간적분 기법을 적용하였다. 수치실험을 통해 탄성축 위치에 따른 구조변형 효과가 케스케이드 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 구조변형 효과가 고려된 경우 일반적인 강체 블레이드 모델에 대한 성능예측 결과와 다소 차이가 유발될 수 있음을 보였으며 공력탄성학적 영향을 고찰하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.54-54
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• 2011

기존의 착저식 방파제를 보완하기 위하여 부유식 방파제가 개발되었고, 많은 연구가 선행되어 왔다. 부유식 방파제의 최대 장점은 경제성과 친환경성이다. 그러나 부유식 방파제는 소파성능이 떨어진다는 단점이 있으며, 이를 개선하기 위해 잠재와 혼용, 배열형에 관한 연구등이 선행되어왔다. 그러나 이것은 경제성이라는 강점을 고려하지 못하였다. 그래서 본 연구에서는 부유식 방파제의 중요한 장점중 하나인 경제성을 고려해, 단면현상 변화만을 이용하여 부유식 방파제의 소파성능 개선하고자 하였다. RANS(Reynolds averaged Navier-Stokes) 방정식에 기초하여 VOF법과 $k-{\varepsilon}$ 난류모델을 결합한 수치모델인 CADMAS-SURF를 이용하였으며, 구조물 단면형상 변화를 이용해 와의 상호 간섭을 유도하였고, 이에 따른 투과율 변화를 관찰 하였다. 결과를 살펴보면 요철1 단면에서는 구조물 전면 하단부분과 구조물 후면 하단부분에서 와의 간섭이 일어났으며 가장 아래 요철 부분에서 유속의 전달현상이 보인다. 투과계수는 일반적인 부유식 방파제와 마찬가지로 L/B가 1~4사이 값인, 비교적 단주기에서는 0.3~0.4의 투과율을 보였으나 L/B가 5를 넘어가면서 0.45~0.55의 투과율을 보였고, 요철2 단면에서는 전면과 후면에서 발달한 와가 전, 후면 돌출부에 의해 바닥까지 전파되지 못하는 양상을 보였으며, 돌출부 사이 중앙부분에서 가장 활발한 와의 간섭을 관찰 할 수 있었다. 돌출부 아래에서 역시 강력한 와의 간섭을 보이고 있다. 투과율 역시 가장 낮은 값을 보였으며 비교적 단주기 구간인 B/L 1~4 에서는 0.2~0.35 사이의 값을 가졌으며 5~10사이구간에서는 0.35~0.34의 값을 보이고 있다. 이 같은 결과는 와의 간섭이 가장 활발하게 나타난 결과로 보인다. 그리고 요철 3단면에서는 전면 돌출부 끝단에서의 활발한 와의 간섭을 관찰 할 수 있었다. 투과율은 세 단면 중 가장 높은 값의 투과율을 보이지만 B/L 3~4 구간에서 요철1 경우보다 낮은 값의 투과율을 보이고 있다. 결과에서 보듯이 도출부의 적절한 조합과 배치를 통해 언급한 연구목표(와의 생성과 간섭, 방파효율 개선)를 달성하였고 추후에 돌출부의 크기와 배치, 흘수의 영향, 수심의 영향 등을 고려한 연구가 진행된다면 더욱 우수한 단면형상을 개발 할 것이라 예상된다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권4호
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• pp.241-248
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• 2010

본 논문은 조류발전을 위하여 가장 보편적으로 사용되는 수직축 조류발전 터빈의 하나인 다리우스 터빈의 효율에 미치는 다양한 설계변수의 영향을 살펴보기 위하여 수행하였다. 날개 수, 코드 길이, 피치 및 캠버를 설계변수로 채택하였으며, 2차원 및 3차원 비정상 난류유동해석을 위하여 FLUENT의 RANS방정식과 k-e 난류모델을, 격자계 모델링을 위하여 GAMBIT을 이용하였다. 기본적인 수치해석방법은 정현주 등(2009)을 참조하였다. 설계변수 변경에 따른 방대한 계산 량을 감안하여 수치해석의 신뢰도가 허락하는 범위에서 대부분 2차원 해석으로 결과를 도출하였다. 본 연구에서 제시한 설계변수의 최적화를 통하여 기준모형보다 월등한 성능을 보이는 고효율 수직축 터빈 모델을 제시할 수 있었다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제12권1호
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• pp.9-14
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• 2009

2차원 비정상의 RANS 방정식을 이용하여 피치가 고정된 3개 혹은 4개의 날개(hydrofoil)를 가지는 조류발전용 수직축 터빈주위의 비정상 유동장 해석을 수행하였다. 상용수치해석코드인 Fluent를 이용하여, 균일류에 놓인 $NACA65_3$-018날개에 대하여 받음각(angle of attack)의 변화를 주며 계산되는 유체력을 실험값과 비교하였고, 이를 바탕으로 대표적인 수직축 조류발전 터빈의 특성을 2차원적으로 고찰하였다. 사용된 수치해법은 대상 유동을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인 하였고, 터빈의 최적 효율은 날개수 및 유속 대비 회전수 등의 적절한 조합으로 실현 될 수 있음을 파악하였다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.189-198
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• 2005

본 연구에서는 조력발전소 배수갑문의 형상과 배치에 따른 방류능력을 해석하는데 3차원 수치모의가 효과적으로 이용될 수 있음을 보였다. 3차원 수치모형은 RANS를 지배방정식으로 하는 FLOW-3D 모형을 이용하였다. 본 연구결과 배수갑문의 방류능력은 물받이길이와 도류벽의 접근각도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 이의 개선 여부에 따라 $10\%$ 이상의 방류량 차이가 발생하였다. 또한 방류량은 배수문과 수차구조물을 연결하는 구조물의 형상과 물받이 끝 사면경사의 영향을 받는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 배수갑문의 설계시 방류능력 개선을 위해서는 수리학적 검토가 필요하며, 수치모형실험이 수리모형실험과 더불어 유용한 해석도구로 이용될 수 있음을 보였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.65-65
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• 2016

위어나 낙차공 같은 수공구조물 직하류부에서는 다양한 형태의 흐름조건이 발생한다. 낙차공 하류에서 발생하는 독특한 흐름형태 중 하나는 정상파형도수를 갖는 파형흐름이다. 이 연구에서는강 등(2010)이 수리실험을 수행한 바 있는 계단형 위어 하류부에서의 형성되는 파형흐름을 3차원 수치해석을 수행한다. 위어 구조물 위를 통과하는 난류흐름을 해석하기 위해서 Spalart-Allamaras 1방정식 모형을 이용한 URANS 수치모의와 DES (detached eddy simulation)을 실시하였다. 위어 주변에서의 자유수면 변동, 파상도수, 자유수면에서의 와류 그리고 바닥부근에서의 재순환 영역의 형상과 크기, 선정된 종방향 위치들에서의 흐름방향유속분포 등의 항으로 수치해석결과를 실험값과 비교하여 수치모의의 적절성과 난류모델들의 성능을 평가한다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권1호
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• pp.11-23
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• 1997

본 논문은 선박용 프로펠러 날개단면의 개발 과정을 다루고 있다. 2차원 날개단면의 유체역학적 특성은 캠버 및 두께 분포, 앞날 반경 등 기하학적 형상에 따라 달라진다. 2차원 날개단면 주위의 전 유장을 난류로 고려한 후 해석하기 위해 유한 체적법에 의한 Reynoles time averaged Navier-Stockes 방정식을 이용한 수치해석 기법을 개발하였다. 본 연구에서는 날개단aus 표면에 보다 많은 계산점을 주면서도 받음각의 변화에도 격자계 생성이 용이한 O-Type 격자계를 채택하였고, 전 유동장은 k-${\varepsilon}$ 난류 모형을 적용하여 해석하였다. 본 연구에서 개발된 수치해석 기법은 NACA0012의 실험 결과와 비교하여 계산 정도를 확인하였다. 본 연구에서는 낮은 항력을 갖는 고효율 날개단면 개발을 목표로, 항력이 양호한 날개단면은 공동 터널에서 양력, 항력 및 공동 특성 실험을 수행하였으며, 수치 해석 결과와도 비교하였다. 본 연구를 통하여 개발된 2차원 날개단면 해석용 수치 유체역학 코드는 실험 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있었다. 이상의 과정을 통하여 기존의의 날개단면인 NACA66 두께 분포와 a=0.8 mean line 캠버를 갖는 KH13보다 효율뿐만 아니라 공동 특성도 우수한 단면인 KH28을 개발할 수 있었다. 새로운 날개 단면인 KH28은 선박용 프로펠러에 적용하기 위한 연구가 지속되어야 하며, 한편 낮은 받음각에서 양-항력 추정의 정확도를 높이기 위해서는 개발된 수치해석 코드에 2-경계층 모형이 적용되어야 할 것으로 본다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권3B호
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• pp.247-257
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• 2009

본 연구에서는 흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 식재된 교행식생 수로에서의 3차원 수치모의를 수행하였다. 지배방정식에서의 난류 폐합을 위해 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형을 적용하였으며, 수치모형은 Olsen(2004)이 개발한 3차원 모형을 이용하였다. 먼저, 3차원 수치모형을 이용하여 하상의 일부가 식재된 부분 식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 적분유속 및 레이놀즈응력을 기존의 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 본 모형이 식생 수로에서의 평균 유속 분포를 매우 잘 예측하는 것으로 나타났다. 그러나 ${\kappa}-{\varepsilon}$ 모형이 등방성 모형이므로 식생과 비식생 영역의 경계면 부근에서 발생되는 운동량 교환 효과를 정확히 예측할 수 없는 것으로 나타났다. 한편, 주흐름방향으로 식생 영역이 교차적으로 존재하는 교행식생 수로를 수치모의 하고, 계산된 유속 분포를 기존의 실험 결과와 비교한 결과, 계산 유속과 실험 결과가 매우 잘 일치하는 것으로 나타났다. 또한 다양한 밀도에 따른 유속 벡터도를 계산한 결과, 식생밀도가 증가함에 따라 식생이 흐름 방향을 변화 시켜 점차 만곡수로와 유사한 형태의 유속 벡터도를 갖는 것으로 나타났으며, 식생 밀도 ${\alpha}$가 9.97%인 경우에는 식생 반대 측벽 영역에서 재순환 흐름이 형성되는 것으로 나타났다. 한편, 식생 밀도에 따른 단면 유속 분포도 및 편수위 변화를 살펴보았다.

• 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.