• 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.

• Asian Journal of Atmospheric Environment
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• 제10권3호
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• pp.125-136
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• 2016

In this study, the effects of the mesh barrier on the free dispersion of ammonia were numerically investigated under different atmospheric conditions. This study presents the detail and flow feature of the dispersion of ammonia through the mesh barrier on various free stream conditions to decline and limit the toxic danger of the ammonia. It is assumed that the dispersion of the ammonia occurred through the leakage in the pipeline. Parametric studies were conducted on the performance of the mesh barrier by using the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with realizable k-${\varepsilon}$ turbulence model. Numerical simulations of ammonia dispersion in the presence of mesh barrier revealed significant results in a fully turbulent free stream condition. The results clearly show that the flow behavior was found to be a direct result of mesh size and ammonia dispersion is highly influenced by these changes in flow patterns in downstream. In fact, the flow regime becomes laminar as flow passes through mesh barrier. According to the results, the mesh barrier decreased the maximum concentration of the ammonia gas and limited the risk zone (more than 500 ppm) lower than 2 m height. Furthermore, a significant reduction occurs in the slope of the upper boundary of $NH_3$ risk zone distribution at downstream when a mesh barrier is presented. Thus, this device highly restricts the leak distribution of ammonia in the industrial plan.

• 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.

• 대한조선학회논문집
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• 제54권6호
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• pp.470-475
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• 2017

Since the intake air of gas turbine engine of marine purpose contains water particles, inertial separator for separating the air and water particles are provided. Saw type and wave type separator are now used to separate inflow water particle from the gas. In this paper, the design parameters of saw type separator are studied by numerical simulations. Using the commercial CFD program, Star-CCM+, Lagrangian-Eulerian method was used to perform the analysis of two phase flow of the mist in the air. This method solves Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations in Eulerian framework for the continuous phase, while solves equation of motion for individual particles in Lagrangian framework. Lagrangian multiphase method was applied to monitor the particles of different sizes and shapes and to verify collision between particles by chasing particles. Water particles were injected through injectors located at the inlet of the separator and escape mode was used which assumes that the particles attached on the surface of inertial separator were removed from the simulation, effectively escaping the solution domain. Through the numerical computations with the inlet condition of constant water particle size in the wetness fraction of 85%, efficiency of eliminating the water particle and the pressure drop between the inlet and outlet were examined.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제9권6호
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• pp.641-654
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• 2017

The KVLCC2 and its modified hull form were investigated in regular head waves using Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes (URANS) methods. The modified KVLCC2 (named KWP-bow KVLCC2) is designed for reducing wave reflection from the bow. Firstly, the original KVLCC2 is studied for verification of the present code and methodology and the computed time history of total resistance and 2DOF motions (heave and pitch) for the selected two wave length conditions are directly compared with the results obtained from KRISO towing tank experiment under the identical condition. The predicted added resistance, heave and pitch motion RAOs show relatively good agreement with the experimental results. Secondly, the comparison of performance in waves between KVLCC2 and KWP-bow KVLCC2 is carried out. We confirmed that newly designed hull form shows better performances in all the range of wave length conditions through both the computation and the experiment. The present URANS method can capture the difference of performance in waves of the two hull forms without any special treatment for short wave length conditions. It can be identified that KWP-bow KVLCC2 gives about 8% of energy saving in sea state 5 condition.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2011년도 정기 학술발표대회
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• pp.75-75
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• 2011

본 논문에서는 진동중인 교량 거더에 작용하는 풍하중을 산정하고 그에 따른 플러터 발생풍속을 예측하기 위하여 분산형 전산환경을 활용한 수치해석 연구를 수행하였다. 분산형 전산환경은 웹 포탈을 기반으로 수치해석 환경을 제공하는 수치풍동 시스템으로서, 전산유체역학(CFD : Computational Fluid Dynamics)에 대한 전문지식이 부족한 사용자들도 격자생성, 수치해석자를 이용한 계산, 가시화 등의 전 과정을 편리하게 수행할 수 있는 차세대 토목분야 연구 환경이다. 본 시스템은 그리드스피어(GfidSphere)를 기반으로 구성되었으며, 기본적으로 사용자 관리, 세션 관리, 그룹 관리, 레이아웃 관리 등을 제공하여 사용자가 포탈을 통해서 다양한 서비스를 쉽게 사용할 수 있는 환경을 구축하도록 도와준다. 수치해석을 위한 유체 지배방정식은 2차원 비정상 비압축성 RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes) 방정식이며, pseudo compressibility 방법을 적용하였다. 비정상 유동장을 해석하기 위하여 이중시간 전진법(dual time stepping)을 사용하였으며, 수렴가속화를 위해 Multi-grid 기법을 적용하였다. 또한 난류 유동장 해석을 위해서 $k-{\omega}$ SST 난류 모델을 사용하였으며, 난류 천이 과정에서의 유동을 모사하기 위하여 Total stress limitation 방법을 적용하였다. 교량 거더의 연직과 회전방향의 2자유도 움직임을 모사하기 위하여 동적격자 기법을 도입하였다. 교량 거더 주변의 비정상 유동해석 결과를 통해, 거더 표면에서 떨어져나가는 크고 작은 와류의 영향으로 양력 및 모멘트 계수 그래프가 중첩된 진폭과 주기를 갖고 주기적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 비정상 공기력을 적용한 2자유도 플러터 방정식을 통하여 플러터 발생풍속을 산정하였다. 최종적으로 본 연구에서 계산된 결과의 타당성을 검증하기 위하여 수치적으로 구한 플러터 발생풍속과 기존의 실험 및 수치해석 결과를 비교하였으며, 결과는 잘 일치하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권7호
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• pp.703-714
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• 2010

본 연구에서는 크리깅 기법을 이용하여 엇갈린 핀휜이 부착된 회전하는 내부냉각유로의 형상 최적화를 수행하였다. 냉각유로 형상의 여러 매개변수 중 핀의 지름과 높이의 비, 핀의 지름과 핀과 핀 사이의 거리의 비를 최적설계를 위한 설계변수로 선택하였다. 열전달 관련 목적함수와 마찰손실 관련 목적함수를 가중계수를 이용하여 선형적으로 결합한 목적함수를 정의하였다. 크리깅 모델을 구축하기 위해 라틴하이퍼큐브 샘플링기법에 의해 생성된 20개 실험점에서 목적함수가 SST난류모델을 사용한 삼차원 레이놀즈평균 나비어-스톡스(RANS) 유동해석법에 의해 계산되었다. 크리깅 기법을 통하여 예측된 목적함수값은 RANS해석을 이용해 계산된 값과 매우 작은 오차 범위 내에서 일치하였으며, 최적설계를 통해 목적함수가 11% 감소하는 결과를 얻었다.

• Wind and Structures
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• 제17권6호
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• pp.647-670
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• 2013

The paper presents a numerical approach to study of fluid flow characteristics and to predict performance of wind turbines. The numerical model is based on Finite-volume method (FVM) discretization of unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. The movement of turbine blades is modeled using moving mesh technique. The turbulence is modeled using commonly used turbulence models: Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ turbulence models. The model is validated with the experimental data over a large range of tip-speed to wind ratio (TSR) and blade pitch angles. In order to demonstrate the use of numerical method as a tool for designing wind turbines, two dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) simulations are carried out to study the flow through a small scale Darrieus type H-rotor Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The flows predictions are used to determine the performance of the turbine. The turbine consists of 3-symmetrical NACA0022 blades. A number of simulations are performed for a range of approaching angles and wind speeds. This numerical study highlights the concerns with the self-starting capabilities of the present VAWT turbine. However results also indicate that self-starting capabilities of the turbine can be increased when the mounted angle of attack of the blades is increased. The 2-D simulations using the presented model can successfully be used at preliminary stage of turbine design to compare performance of the turbine for different design and operating parameters, whereas 3-D studies are preferred for the final design.

• 대한기계학회논문집
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• 제19권7호
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• pp.1675-1683
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• 1995

A numerical study of the fluid flow and heat transfer characteristics of the two-dimensional impingement jet with a confinement plate has been carried out. The fluid flow was calculated by solving the full Navier-Stokes equation. In doing that, the well known SIMPLER algorithm was used and the trouble making convection term was discretized according to QUICKER scheme. The energy equation was simply solved by using the SOR method. For the Reynolds number of 10000, two channel heights, say 1.5 and 3.0 times the jet exit width, and two thermal boundary conditions constant wall temperature and constant wall heat flux were considered. Discrete heat sources were flush mounted along the impingement plate at a distance of 0, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, times the jet exit width from the stagnation point. The length of each heat source is 4 times the jet exit width long. The Nusselt number averaged over each heat source was compared with experiment. Comparison shows that both calculations and experiment have the secondary peak of Nusselt number at downstream of stagnation point, even though there is a little quantitative difference in between. The difference is believed due to abscure thermal boundary condition in experiment and also accuracy of turbulence model used. The secondary peak is shown to be caused by rigorous turbulent flow motion generated as the wall jet flow is retarded and developes into the channel flow without flow reversal.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권5호
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• pp.43-53
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• 2010

This study investigates a design optimization of a rotating two-pass rectangular cooling channel with staggered arrays of pin-fins. The radial basis neural network method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer with shear stress transport turbulent model. The ratio of the diameter to height of the pin-fins and the ratio of the streamwise spacing between the pin-fins to height of the pin-fin are selected as design variables. The optimization problem has been defined as a minimization of the objective function, which is defined as a linear combination of heat transfer related term and friction loss related term with a weighting factor. Results are presented for streamlines, velocity vector fields, and contours of Nusselt numbers, friction coefficients, and turbulent kinetic energy. These results show how fluid flow in a two-pass square cooling channel evolves a converted secondary flows due to Coriolis force, staggered arrays of pin-fins, and a $180^{\circ}$ turn region. These results describe how the fluid flow affects surface heat transfer. The Coriolis force induces heat transfer discrepancy between leading and trailing surfaces, having higher Nusselt number on the leading surface in the second pass while having lower Nusselt number on the trailing surface. Dean vortices generated in $180^{\circ}$ turn region augment heat transfer in the turning region and in the upstream region of the second pass. As the result of optimization, in comparison with the reference geometry, thermal performance of the optimum geometry shows the improvement by 30.5%. Through the optimization, the diameter of pin-fin increased by 14.9% and the streamwise distance between pin-fins increased by 32.1%. And, the value of objective function decreased by 18.1%.