• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.332-349
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• 2016

OLAFOAM은 파동역학의 시뮬레이션을 위하여 $OpenFOAM^{(R)}$을 확장한 강력한 CFD코드이며, $OpenFOAM^{(R)}$은 다양한 분야에서 각각 수치계산의 목적에 대응할 수 있도록 많은 Solver를 제공하고 있다. OLAFOAM의 기본방정식은 VARANS식에 기초하고, 수치기법으로는 유한체적법을 적용하며, 프로그램은 C++로 코딩되어 Linux운영체제에서 실행된다. 본 연구는 OLAFOAM을 이용하여 먼저 1) 단파와 규칙파하 투과성구조물에서 파의 변형, 2) 규칙파하 잠제에 의한 파의 변형 및 3) 흐름하 규칙파의 변형과 연직유속분포에 대해 기존의 각 실험결과와 비교 검토하여 OLAFOAM의 타당성을 검증하였다. 이로부터 지금까지 거의 검토되지 않은 규칙파와 흐름의 공존장에 설치된 투과성잠제에 대해 배후경사면을 불투과성 혹은 투과성으로 고려한 경우 흐름방향 등의 변화에 따른 잠제 주변에서 수위, 파고, 주파수스펙트럼, 쇄파, 평균유속 및 난류운동에너지 등의 변동특성을 면밀히 검토하였다. 결과로부터 흐름방향(순방향과 역방향)에 따른 파고변화는 난류운동에너지와 밀접한 관계를 가지는 것 등을 알 수 있었다.

• 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.

• 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.

• 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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• 제11권2호
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• pp.883-898
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• 2019

This paper employs computational tools to predict power increase (or speed loss) and propulsion performances in waves of KVLCC2. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free-surface is obtained by solving a VOF equation. Sliding mesh method is applied to simulate the flow around an operating propeller. Towing and self-propulsion computations in calm water are carried out to obtain the towing force, propeller rotating speed, thrust and torque at the self-propulsion point. Towing computations in waves are performed to obtain the added resistance. The regular short head waves of λ/LPP = 0.6 with 4 wave steepness of H/λ = 0.007, 0.017, 0.023 and 0.033 are taken into account. Four methods to predict speed-power relationship in waves are discussed; Taylor expansion, direct powering, load variation, resistance and thrust identity methods. In the load variation method, the revised ITTC-78 method based on the 'thrust identity' is utilized to predict propulsive performances in full scale. The propulsion performances in waves including propeller rotating speed, thrust, torque, thrust deduction and wake fraction, propeller advance coefficient, hull, propeller open water, relative rotative and propulsive efficiencies, and delivered power are investigated.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권2호
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• pp.736-749
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• 2019

This paper employs computational tools to investigate the diffraction effects in regular head waves on the added resistance and wake on the propeller plane. The objective ships are a 66,000 DWT bulk carrier and a 3,600 TEU container ship. Fixed and free to heave and pitch conditions at design speed have been taken into account. Two-phase unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes equations have been solved using the finite volume method; and a realizable k-ε model has been applied for the turbulent closure. The free surface is obtained by solving a VOF equation. The computations are carried out at the same scale of the model tests. Grid and numerical wave damping zones are applied to remove unwanted wave reflection at the boundaries. The computational results are analyzed using the Fourier series. The added resistances in waves at the free condition are higher than those at the fixed condition, which are nearly constant for all wavelengths. The wake velocity in waves is higher than that in calm water, and is accelerated where the wave crest locates on the propeller plane. When the vertical motion at the stern goes upward, the wake velocity also accelerated.

• 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.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제35권2호
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• pp.1-10
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• 2015

Promising onshore wind farm sites in Gangwon province of Korea were investigated in this study. Gangwon province was divided into twenty five simulation regions and a commercial program based on Reynolds averaged Navier-Stokes equation was used to find out wind resource maps of the regions. The national wind atlas with a period 2007-2009 developed by Korea institute of energy research was used as climatologies. The wind resource maps were combined to construct a wind resource map of Gangwon province with a horizontal spatial resolution of 100m. In addition to the wind resource, national environmental zoning map, distance from substation, residence and automobile road, Beakdudaegan mountain range, terrain slope, airport and military reservation district were considered to find out promising wind farm sites. A commercial wind farm design program was used to find out developable wind farm capacities in promising wind farm site with and without excluding environmental protection regions. The total wind farm capacities with and without excluding the protection regions were estimated to be 46MW and 598MW, respectively, when a 2MW commercial wind turbine was employed.

• 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.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.17-27
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• 2019

Bound mode의 외중력파와 이로 인한 보강간섭이 이상파 생성 기작이라는 가설을 확인하기 위해 OpenFoam 기반 Tool box인 ihFoam과 Bi-spectrum에 기초한 수치모의를 수행하였다. 수치모의는 건설 과정에서 이상파가 관측된 삼척 LNG 생산기지 전용부두를 대상으로 수행되었으며, Bound mode의 외중력파는 Bi-spectrum에 기반하여 출현빈도가 높은 주기가 7초인 국지 풍성파와 11.4초인 너울의 difference interaction으로 생성하였다. 또한 비교를 위해 비선형 Cnoidal wave, linear wave를 대상으로 한 수치모의도 병행하여 수행하였다. 모의결과 N 계열 bound mode의 외중력파에 의해 삼척 LNG 생산기지 전용부두를 따라 진행되는 연파가 생성되며, 이상파는 전술한 연파와 남측 도류제로부터의 반사파가 더해져 출현하는 것으로 모의되었다.