• 한국음향학회지
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• 제42권3호
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• pp.250-261
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• 2023

본 연구에서는 펌프젯 추진기를 대상으로 공동, 비공동 조건에서의 유동 소음원을 규명하기 위하여 추진기의 각 구성품인 덕트와 스테이터, 로터에 의한 소음 기여도를 평가하였으며, 공동과 비공동 조건에서의 소음 수준을 비교하였다. 대형 캐비테이션 터널 내 Suboff 잠수함 선형과 펌프젯 추진기를 대상으로 균일혼상류 가정의 비정상 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 적용하였으며, 이상 유동을 모사하기 위해 Volume of Fluid(VOF) 기법과 Schnerr-Sauer 공동 모델을 적용하였다. 유동해석 결과를 기반으로 수중방사소음을 예측하기 위해 Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 방정식 기반의 음향상사법을 적용하였으며, 덕트와 스테이터, 로터로 구성된 3개의 비투과성 적분면과 추진기를 감싸는 형태의 2가지 투과성 적분면을 선정하여 소음 기여도를 평가하였다. 소음 예측결과로부터 스테이터는 전체 소음에 대한 직접적인 기여도는 낮으나 덕트와 로터에서의 유동 박리에 의한 소음원 형성에는 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 유동이 박리되는 연직상방과 우측방향으로 소음이 크게 방사되었다. 또한 로터에서는 날개의 흡입면과 압력면 간의 압력 섭동에 의해 추진방향으로 소음이 크게 방사되었으며, 투과성적분면을 통해 체적 소음원인 공동의 효과를 반영할 수 있음을 확인하였다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.103-111
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• 2024

축류팬은 상대적으로 저압의 유동 영역에서 유동을 수송하기 위해 사용되며, 다양한 설계 변수에 대해 설계된다. 축류팬의 날개 끝 형상은 유동 및 소음 성능에 지배적인 역할을 수행하며 이에 대한 대표적인 유동 현상으로 날개 끝에서 발생하는 날개 끝 와류와 누설 와류가 있다. 이러한 3차원 유동 구조를 제어하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며, 항공기 분야에서 날개 끝 와류를 억제하고 효율을 증가시키기 위해 윙렛 형상이 개발되었다. 본 연구에서는 에어컨 실외기용 축류팬 날개에 적용된 윙렛 형상의 영향을 분석하기 위한 수치적, 실험적 연구를 수행하였다. 3차원 유동 구조 및 유동 소음을 수치적으로 분석하기 위해 unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffocws-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 전산유체역학 기법에 기초하여 수치 해석하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였다. 윙렛 형상에 따른 날개 끝 와류와 누설 와류의 형성의 차이를 3차원 유동장을 통해 비교하고, 그에 따른 공기역학적 성능을 정량적으로 비교하였다. 또한, 예측 유동장을 바탕으로 소음을 수치적으로 모사하여 윙렛 형상이 유동 소음 측면에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 팬 모델의 시제품을 제작하여 유동 및 소음 실험을 실시하여 실제 성능을 정량적으로 평가하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2021년도 학술발표회
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• pp.60-60
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• 2021

Investigating Backward-Facing Step(BFS) flow is important in that it is a representative case for separation flows in various engineering flow systems. There have been a wide range of experimental, theoretical, and numerical studies to investigate the flow characteristics over BFS, such as flow separation, reattachment length and recirculation zone. However, most of such previous studies were concentrated only on the perpendicular step angle. In this study, several numerical investigations on the flow pattern over BFS with various step angles (10° ~ 90°) and expansion ratios (1.48, 2 and 3.27) under different Reynolds numbers (5000 ~ 64000) were carried out, mainly focused on the reattachment length. The numerical simulations were performed using an open source 3D CFD software, OpenFOAM, in which the velocity profiles and turbulence intensities are calculated by RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) and 3D LES (Large Eddy Simulation) turbulence models. Overall, it shows a good agreement between simulations and the experimental data by Ruck and Makiola (1993). In comparison with the results obtained from RANS and 3D LES, it was shown that 3D LES model can capture much better and more details on the velocity profiles, turbulence intensities, and reattachment length behind the step for relatively low Reynolds number(Re < 11000) cases. However, the simulation results by both of RANS and 3D LES showed very good agreement with the experimental data for the high Reynolds number cases(Re > 11000). For Re > 11000, the reattachment length is no longer dependent on the Reynolds number, and it tends to be nearly constant for the step angles larger than 30°.) Based on the calibrated and validated numerical simulations, several additional numerical simulations were also conducted with higher Reynolds number and another expansion ratio which were not considered in the experiments by Ruck and Makiola (1993).

• 상하수도학회지
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• 제30권2호
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• pp.147-154
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• 2016

The present study used the hydrodynamic numerical model, with the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (RANS) as its governing equations, to analyze overflow characteristics such as the discharge coefficient of circular-crested weir and the flow velocity and pressure distribution of weir crest. The simulation results well reproduced the overflow characteristics of the overfall of circular-crested weir both qualitatively and quantitatively. As for the discharge coefficient, rational results were yielded by the discharge coefficient equation proposed by Hager(1985) in the $H_1/R_b<0.58$ and by the discharge coefficient equation proposed by Samani and Bagheri(2014) in the $H_1/R_b>0.58$, respectively. Because most existing discharge coefficient equations were developed by disregarding the effects of the approach velocity, when they are applied, it is necessary to evaluate the effects of the approach velocity on the overflow head beforehand.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 추계학술대회논문집
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• pp.848-854
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• 2006

In this study, a computational analysis system has been developed in order to investigate flow-induced vibration(FIV) phenomenon for general stator-rotor cascade configurations. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. Fluid domains are modeled using the unstructured grid system with dynamic moving and local deforming methods. Unsteady, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-\omega$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used flow computing the coupled governing equations of the fluid-structure interaction problem. Detailed FIV responses for different flow conditions are presented with respect to time and vibration characteristics are also physically investigated in the time domain.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2007년도 춘계학술대회논문집
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• pp.275-282
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• 2007

In this study, a fluid-structure interaction (FSI) analysis system has been developed in order to evaluate the turbine cascade performance with blade structural deformation effect. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. To consider the deformed position of rotor airfoil, dynamic moving grid method is applied. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-{\varepsilon}$ turbulence models are solved to predict unsteady fluid dynamic loads. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method with high artificial damping is used to compute the fluid-structure interaction problem. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are presented and compared each other. It is importantly shown that the predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of blade can show some deviations compared to the data generally computed from rigid blade configurations and the position of elastic axis also tend to give sensitive effect.

• 상하수도학회지
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• 제27권2호
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• pp.177-184
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• 2013

This study analyzed the hydraulic characteristics of a venturi flume with a circular cone using a 3-D numerical model which uses RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equation) as the governing equation. The venturi flume with the circular cone efficiently measures the discharge in the low-flow to high-flow range and offers the advantage of accurate discharge measurements in the case of a low flow. With no influence of the tail-water depth, the stage-discharge relationship and the flow behaviors were analyzed to verify the numerical simulation results. Additionally, this study reviewed the effect of the tail-water depth on the flow. The stage-discharge relationship resulting from a numerical simulation in the absence of an effect by the tail-water depth showed a maximum margin of error of 4 % in comparison to the result of a hydraulic experiment. The simulation results reproduced the overall flow behaviors observed in the hydraulic experiment well. The flow starts to become influenced by the tail-water depth when the ratio of the tail-water depth to the total head exceeds approximately 0.7. As the ratio increases, the effect on the flow tends to grow dramatically. As shown in this study, a numerical simulation is effective for identifying the stage-discharge relationship of a venturi flume with various types of venturi bodies, including a venturi flume with a circular cone.

• 대한조선학회논문집
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• 제44권3호
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• pp.228-237
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• 2007

The flow characteristics around a horn-type rudder behind an operating propeller of a high-speed large container carrier are studied through a numerical method in fully wetted and cavitating flow conditions. The computations are carried out in a small scale ratio of 10.00(gap space=5mm) to consider the gap effects. The Reynolds averaged Navier-Stokes equation for a mixed fluid and vapor transport equation applying cavitation model are solved. The axisymmetry body-force distribution technique is utilized to simulate the flow behind an operating propeller. The gap flow, the three-dimensional flow separation, and the cavitation are the flow characteristics of a horn-type rudder. The pattern of three-dimensional flow separation is analyzed utilizing a topological rule. The various cavity positions predicted by CFD were shown to be very similar to rudder erosion positions in real ship rudder. The effect of a preventing cavitation device, a horizontal guide plate, is also investigated.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권9호
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• pp.903-913
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• 2011

본 연구에서는 가스터빈 블레이드의 냉각을 위해 사용되는 막냉각 홀을 대상으로 다양한 형상변수들이 막냉각 효율에 미치는 영향을 평가하기 위한 수치적 연구를 수행하였다. 삼차원 압축성 Reynolds-averaged Navier-Stokes 해석을 수행하였으며, 난류모델로는 shear stress transport 모델이 사용되었다. 해석을 통해 홀의 형상, 측면 방향 분사각, 홀의 주기 및 분사율이 막냉각 효율에 미치는 영향이 평가되었다. 해석결과, 원통형홀의 경우 측면 방향 분사각이 존재할 때 월등히 향상된 막냉각 효율을 보여주었으며, 홴형상 홀의 경우 측면 방향 분사각이 $20^{\circ}{\sim}30^{\circ}$일 때 가장 높은 막냉각 효율을 보여주었다. 또한 홀의 주기의 변화에 따른 성능평가 결과 높은 분사율일 때가 낮은 분사율의 경우보다 홀의 주기에 의존하는 경향을 보였다.

• 한국습지학회지
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• 제14권1호
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• pp.75-87
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• 2012

지표수-지하수 혼합대는 하천 및 호소 등에서 지표수와 지하수가 교환되는 공간이다. 지표수-지하수 혼합은 하상의 토층으로 확장되어 다양한 물리적, 생지화화적, 열역학적 교환을 발생시키며 수생태계 내 고유한 생태적 전이대를 형성하는데 주요한 역할을 한다. 과거 실험 및 수치모의 연구에 의하면 혼합대에서 발생하는 물질교환은 하천의 지형적인 특징으로 발생하는 압력분포에 의해 지배된다. 특히 하천의 구간 규모에서 여울-소 구조는 혼합대의 특성을 지배하는 주요 인자로 알려져 있다. 여울-소 연속 구조는 지표수에서 재순환영역과 정체점을 형성하며 이 독특한 흐름 구조에 의해 혼합대의 흐름특성이 영향을 받는다. 본 연구에서는 3차원 동수역학 모형을 이용하여 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식과 Darcy 방정식을 동시에 해석하여 연속된 여울-소 구조에서 발생하는 지표수의 흐름구조가 혼합대의 흐름에 미치는 영향을 분석하였다. 모의 결과, 여울-소 구조에서 지표수의 재순환영역 및 정체점은 상승류와 하강류 형성과 직접적 연관을 가지며, 재순환영역의 크기가 감소하면 여울 전면부 하강류 형성 구간의 길이가 감소하고 최대 하강류 발생 지점이 하부로 이동하는 특성을 파악하였다. 이와 같은 본 연구의 결과는 혼합대의 현장관측, 하천 관리 및 복원 등의 연구에 활용하여 친환경 하천 조성에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.